1. Departamento de Químico - Biológicas UNISON
Biomateriales
Presentada por:
Dr. Angel Francisco Villalpando Reyna
Noviembre 2012

2. Hoy en día, el área médica demanda materiales con
apropiadas propiedades mecánicas, biocompatibles
y, en algunos casos, de alta bioactividad al estar en
contacto con ambientes biológicos.
Las demandas de este tipo de materiales va cada ves
mas demandante acorde a los avances de la
tecnología y la cirugía medica.
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3. La inversión económica realizada en el área en
EUA en el año 2000 fue cercana a $117.2 billones
de dólares estadounidenses tan solo en el tópico de
regeneración ósea.
A nivel mundial la industria biomédica es de las de
mas alto crecimiento, debido al incremento a la
expectativa de vida de la población, y aumento
de enfermedades crónico degenerativas de la
población.
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4. Un BIOMATERIAL es un material usado para hacer
dispositivos que remplazan una parte o una función del
cuerpo en forma segura, fiable, económica y
fisiologicamente aceptable (Hench and Erthridge,
1982).
Un BIOMATERIAL puede ser simplemente definido
como un material sintetico empleado para remplazar
parte de un sistema o funciones en contacto intimo
con el tejido vivo.

5. Un BIOMATERIAL tambien puede ser definido
como una sustancia sistémica farmacológicamente
inerte, diseñada para la implantación o
incorporación dentro de los sistemas vivos (The
Clemson University Advisory Board for Biomaterials)

6. Biostabilidad: capacidad de un material a resistir
química o estructuralmente sin una degradación en
contacto con un ambiente biológico, Ciencia de
Biomateriales
Materiales
Biomimeticos:
son
materiales
estructuralmente o químicamente análogos a un
componente o tejido , ya sea de planta o de un animal.
Bioinerte: Término empleado libremente para
identificar a los materiales que se consideran inertes en
un entorno biológico.

7. Material Bioactivo: Un material que ha sido diseñado
para introducir un a actividad biológica específica,
Biomaterial que es diseñado para realizar o modular
una actividad biologica.
Biocompatibilidad: La aceptación de un implante
artificial por los tejidos circundantes y por el cuerpo
como un todo.

8. • El desarrollo de implantes han dado a los
investigadores incentivos para conocer las
reacciones que ocurren entre los tejidos y los
diversos implante.
• Al principio del desarrollo de implantes se
empleaban principalmente materiales bioinertes
tales como alúmina o acero inoxidable.
• Branemark en 1970 introdujo el concepto de
oseointegración, el cual une directamente las
características funcionales y estructurales,
entre el hueso y la superficie del implante.
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9. El criterios de selección de biomateriales es basada en
diversas aplicaciones.
• Extra corporal, aquellos materiales que estén en
contactos con Fluidos Fisiológicos, que remueven
impurezas o le retornan la sangre.
• Dispositivos que son insertados en los vasos
sanguíneos.
• Dispositivos permanentemente implantados para la
sustitución de tejido dañados.
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10. Otras aplicaciones especificas:
Aplicaciones Tejidos Suaves Implantes de
seno o facial
Aplicaciones en Tejidos Duros Aplicaciones
Odontológicas y Ortopédicas
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11. 1. Técnicas de Caracterización
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12. Microscopia Electrónica de Barrido
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13. Tipos de señales que aporta el equipo:
Electrones Secundarios: Información Topográfica
Electrones Primarios o Retro-dispersados:
Proporciona el numero atómico y el relieve de la
muestra
Rayos-X : Proporciona información de la composición
química de la muestra
Electrones Auger :Composición Química, sensible a
la superficie
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14. Microscopia Electrónica de Transmisión
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15. Difracción de Rayos X
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16. • Los equipos de difracción de rayos-X determinan las
características cristalinas y la fase presente en el
material.
• Las características cristalinas determinaran ,tanto sus
propiedades Físicas, Químicas como Fisicoquímicas.
• Existen cartas cristalográficas, con las cuales se ha
estandarizado el método de detección de fases.
• En un Material es posible encontrar a mas de una
fase a la vez.
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17. Porosimetría
La medición de la porosidad en
un solido puede realizarse a partir
de infiltración de un medio
líquidos como el Mercurio o Agua
, asi como medios gaseosos como
el Helio.
Los equipos determinan :
Área superficial,
Distribución
Tamaño de poro.
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18. Resistencia Mecánica a la Tensión
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19. Resistencia Mecánica a la Flexión
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20. Resistencia Mecánica a la Compresión
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21. Resistencia a la compresión compilada de materiales cerámicos basada en 20 diferentes
estudios y agrupados por método de fabricación.

22. Espectroscopia de Absorción por Plasma Inducido
La técnica de absorción por Plasma
permite cuantificar elementos iones
metálicos y no metálicos en ppm que
se encuentran disueltos en la solución.
Principio de Disociación-Excitación
de Electrones Elementales, que
difractan radiación en un amplio
espectro de UV-vis.
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23. Espectroscopia de Absorción por Plasma
Inducido
En Biomateriales es posible
identificar la liberación de
iones del sustrato que puede
influir en la citotoxicidad, así
como
propiedades
antibacteriales y bioactivas,
analizando las soluciones
residuales de las pruebas al
material.
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24. Espectrofotometría
La técnica de espectrofotometría analiza la absorción
de luz visible en un ancho de banda especifica con la
cual se puede inferir la reacción del microambiente
biológico al material.
Principio de Colorimetría de la solución, que
difractan radiación en un amplio espectro de
80-620 UV-vis.
En Biomateriales es posible identificar la acción de
un agente indicador metabólico.
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25. Magnetometría
La técnica de Magnetometría
permite analizar las propiedades
magnéticas del material:
diamagnéticas, paramagnéticas
o magnéticas de los materiales.
Esta
técnica
es
empleada
ampliamente en tratamientos de
hipertermia para terapias contra
cáncer.
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26. Análisis Térmico Diferencial
El Análisis Térmico Diferencial (DTA) permite
conocer las propiedades térmicas de los materiales
a diferentes temperaturas, cambios de fase,
perdidas de calor o descomposición del material
en otras fases.
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27. Técnica de Infra Rojo
El Análisis de Infra Roko
por la transformada de
Fourier (FTIR) permite
hacer análisis de fases a
partir de los enlaces
químicos entre los iones
que se difractan mediante el
ensayo.
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28. 3. Ensayos de Hemolisis
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29. • La Técnica de hemolisis
puede
proporcionarnos
valores confiables para la
evaluación de la integridad
de los glóbulos rojos.
• Con la centrifugación es
posible
observar
la
integridad y morfología
de las células sanguíneas
en contacto con los
diluyentes
de
los
biomateriales.
29

30. • Por medio de
Espectrofotometría es
posible realizar una
comparación entre un
blanco, un control
positivo Lauril Sulfato
Sódico y las mezclas entre
el blanco y el diluyente en
diferentes concentraciones
y generar curvas de
cinética: Concentración en
mg/ml vs % de Hemolisis.
30

31. 4. Ensayos para la Evaluación de
Biocompatibilidad
31

32. 32

33. Sembrado de
10000 células x ml
Esquema de uso de la cámara Neubauer para el conteo celular.
33

34. XTT (Reducción de Formazan)
Esquema del proceso de XTT formazán para la evaluación de la metabólica celular.
Molécula 2,3-bis[2-methoxy-4-nitro-5-sulfopheny]-2H-tetrazolium-5-carboxyanilide, sal
34
inerte [72].

35. NR (Rojo Neutro)
Molécula de hidroclorato 3-amino-7-dimethylamino-2-methyiphenazine utilizada para la
medición de integridad celular
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36. Cristal Violeta- Densidad celular
Molécula de cristal violeta para medición de la densidad celular por inclusión del
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reactivo .

37. Preparación de muestras biológicas para análisis de
Microscopia electrónica de barrido
Las muestras biológicas son por lo general
tejidos blandos que poseen un alto
contenido de agua y muy sensibles a los
cambios de presión generados por MEB.
Debido a esto, la preparación de las
muestras en el caso de sistemas biológicos
conlleva una serie de pasos especiales.
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38. Paso 1. Fijación
Para la fijación de las células, con solución
2.5% de glutaraldehido en tampón fosfato
PBS (Phosphate Buffered Solution, Sigma)
0,1M, reemplazó progresivo del medio de
cultivo por el fijador durante 3 horas a 4ºC
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39. Paso 2. Post-Fijación
lavado en PBS 3 veces, 10 minutos cada vez, a 4ºC y
seguidamente se por la post fijación con tetróxido
de Osmio al 1% con ferrocianuro potásico en
tampón fosfato 0,1M, durante 2h a 4ºC.
Ferrocianuro
Potásico
Tetróxido
de Osmio
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40. Paso 4. Deshidratación
Posteriormente, se realizo un lavado y deshidratación
progresiva con diferentes concentraciones de Etanol
(50, 70, 80, 90, 96 y 100%).
Paso 5. El secado por punto crítico
(CPD, Critical Point Drying).
Estado Líquido
Estado Gaseoso
Sin efectos nocivos en la muestra con los efectos de
la tensión superficial, (CO2, 31.1 C, 1072 Psi)
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41. Paso 4. Recubrimiento conductor de oro a las
muestras
Paso 5. Observación de las muestras en el
Microscopio Electrónico de Barrido
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42. Fig. 7. SEM picture of seeded cp titanium foam under static culture conditions after nine weeks (AB) and under
perfusion after three weeks incubation (CF) Osteoblast under static culture condition could only be found on the
outer seeded surface with SAOS cells: Broken scaffolds inside view of middle section C: SAOS cells seeded outer
surface side D : Human osteoblast seeded surface side E: Human osteoblasts broken scaffold inside middle view F:
SAOS cell, unseeded surface side.
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43. 5.Ensayos de Osteoconducción In
vivo
43

44. 44

45. Fig. 6. Digital photographs of stained (methylene blue/basic fuchsine) histological sections of 3DFT (A), BMSC 3DFT
(B), 3DFT+BCP(C) and BMSC 3DFT+BCP (D) after 12 weeks of implantation on lumbar transverse processes. Bone is
stained pink/red, Ti alloy black and BCP ceramic dark brown. The transverse process can be seen at the bottom of the
implants and Teflon plates are visible between the implants.
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46. 5. Criterios de Evaluación
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47. • Los materiales deben de demostrar las propiedades
requeridas para el dispositivo, sin la presencia de
elementos pesados o composiciones toxicas
comprobadas.
• Probar nuevos biomateriales con Modelos Celulares
dependiendo de su aplicación.
• En caso de los Ensayos in vivo con los protocolos
profesionales.
• Los Ensayos in vivo deben de realizarse para estudios
pre-hospitalarios o pre-clinicos proponiendo aplicarse
y cumplir normativas de FDA u otra norma nacional
aplicable.
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48. 1. Fosfato de Calcio y
Regeneración de Tejido Óseo.
48

49. Estudios de DRX y análisis químico en 1926
identificaron la fase mineral de la dentina, esmalte y
hueso como fosfato de calcio de estructura apatita
conocida comúnmente como hidroxiapatita cristalina
con una fase cristalina de (Ca)10(PO4)6(OH)2.
Sin embargo también se encontraron fases no
estequiometrias de la estructura por elementos tales
como el Flúor y el Magnesio.
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50. Fosfatos de Calcio en los Sistemas Biológicos
Fosfato de Calcio
Composición Química
En donde es posible encontrarlo?
Hidroxiapatita
(Ca,M)10(PO4,Y)6Z2
Esmalte, Dentina, Hueso, Calculo
urinario, calcificación de tejido
suave, piedras
Octa-calcio fosfato, OCP
Ca8H2(PO4)6.5H2O
Calculo Dental o
Urinario
Brushita fosfato di-calcio dihidratado, DCPD
CaHPO4.2H2O
Calculo dental, condrocalcinosis,
hueso descompuesto
Whitlockita, fosfato tricalcio, β-TCP
(Ca, Mg)9(PO4)6
Calculo dental y urinario, caries
en dentina, cartílago artrítico,
calcificaciones de tejido suave
Pirofosfato de calcio dihidratado
Ca2P2O7.2H2O
Depósitos en fluidos sinoviales
50

51. Fosfatos de Calcio en la Fabricación de Implantes
• La inserción de un implante en el cuerpo - intensa
interacciones entre la superficie del implante y los
fluidos corporales.
• En la interfase ocurren reacciones a escala molecular
del tipo de disolución del ion del material, disociación,
adsorción y desnaturalización de proteínas. (KLEIN
et al., 1993).
• Para el diseño de materiales biodegradables - evaluar la
tasa de reabsorción al igual que la tasa de crecimiento
óseo.
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52. 2. Scaffolds y la
Regeneración de Tejidos
52

53. Los inicios del concepto de scaffold para la
ingeniería de tejidos fue a desarrollado en la
década de los 1980s cuando el Dr. Joseph
Vacanti de el hospital infantil se acerco al Dr.
Robert Langer del Instituto Tecnológico de
Massachusetts (MIT).
Hoy en día, la ingeniería de tejidos cubre la
combinación de Células Viables, Biomoleculas
y los Scaffolds (preformas porosas) para
promover la regeneración de tejidos.
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54. La tecnologia ha dado la pauta para la
generación de Scaffolds en base a diferentes
tecnologias a Cerámica (Fosfatos y Vidrios),
Metáles (Ti6Al4V) y Poliméros (Copolimeros
PLA/Poliglicol,
Poli
orto-esteres,
Policoprolactona ) o Biomoleculas (Colageno).
La remodelación de tejido es importante para
lograr
condiciones
biomecánicas
y
vascularización del sitio huésped.
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55. Los Scaffolds pueden mantener la integridad
durante el proceso de crecimiento celular in vitro
e in vivo. El grado de remodelación depende del
tejido (Piel 4-6 semanas , Hueso 4-6 meses),
Anatomía y Fisiología.
Los Scaffolds permiten la adherencia celular
inicial y migración celular a través del volumen
del poro interconectado, transferencia de
nutrientes y metabolizantes, dando el espacio
para desarrollar y remodelar el tejido.
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56. La cinética de degradación y reabsorción de los
Scaffolds necesitan ser diseñados basados en la
relación de las propiedades mecánicas, peso
molecular, perdida de masa y desarrollo de
tejido
Estudios a demostrado la dependencia de las
propiedades mecánicas sobre la porosidad del
scaffold.
56

57. 1. Sistemas Liberadores de
Medicamento
57

58. Las bacterias son microorganismos
unicelulares que presentan un tamaño de unos
pocos micrómetros (entre 0,5 y 5 mm, por lo
general) y diversas formas incluyendo esferas
(cocos), barras (bacilos) y hélices (espirilos).
Las bacterias son Procariotas y, por lo tanto, a
diferencia de las células
eucariotas (de animales, plantas , hongos etc.),
no tienen el núcleo definido.
58

59. Avances en el área de Liberación de Medicamentos
para el tratamiento de Cáncer
El objetivo de la liberación controlada ha ganado
reconocimiento en las terapias modernas.
El uso de nano partícula para específicamente entrega
de drogas a tumores ofreciendo la posibilidad
atractiva de eliminar los obstáculos que ocurren
durante las procedimientos de administración de
drogas.
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60. El esquema los principales sistemas
liberadores de drogas actualmente
investigados en varios sitios experimentales y
clínicos son:
Aplicación directa
Acumulación de pasivos de drogas,
Físicamente enfocado
Uso de moléculas vector
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61. Los Métodos mas comunes de manufactura de
sistemas liberadores son
Impregnación,
Reacciones Químicas
Encapsulación polimérica
Vehículos Solubles.
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62. Gracias !!
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