Este documento resume los biomateriales convencionales como metales, cerámicas, vidrios y polímeros, y describe sus limitaciones. Los implantes metálicos como acero inoxidable, aleaciones de cobalto y titanio se usan ampliamente, pero pueden liberar iones tóxicos o causar estrés de escudo. Las cerámicas como alúmina y circonia son bioinertes mientras que fosfato cálcico es bioactivo pero mecánicamente débil. Los vidrios bioactivos se disuelven rápido. Los
Quimica bioinorganica.
Este trabajo constituye un acercamiento a la nueva e innovadora area investigativa situada en lo que historicamente se ha conocido como la frontera entre la quimica inorganica y las ciencias biologicas.+
Las aplicaciones que hoy dia tiene la quimica inorganica en el area de las ciencias biologicas estra enfocada al area de la medicina.
Quimica bioinorganica.
Este trabajo constituye un acercamiento a la nueva e innovadora area investigativa situada en lo que historicamente se ha conocido como la frontera entre la quimica inorganica y las ciencias biologicas.+
Las aplicaciones que hoy dia tiene la quimica inorganica en el area de las ciencias biologicas estra enfocada al area de la medicina.
Hormigones reforzados con barras corrugadas poliméricas adicionadas con fibrasETS Arquitectura Coruña
Trabajo de Felix Suárez Riestra para la asignatura Nuevos Materiales y Sistemas del Máster en Rehabilitación Arquitectónica UDC. Profesor Jose Benito Rodríguez Cheda
IRIDIO, ofrece principalmente separadores plásticos diseñados para obtener la posición exacta de los aceros de refuerzo y los recubrimientos en las estructuras de concreto armado. Obteniendo ahorros en costos directos y tiempos de armado, logrando estructuras y construcciones con la fuerza, capacidad y durabilidad esperadas. Sus productos son fabricados con resinas plásticas químicamente inertes que cumplen con los señalamientos del ACI, 1OO% compatibles con el concreto y que en ningún caso propician la entrada de agentes contaminantes que pudieran reducir la vida útil del acero de refuerzo. Este accesorio no emite ningún tipo de contaminación al medio ambiente.
Hormigones reforzados con barras corrugadas poliméricas adicionadas con fibrasETS Arquitectura Coruña
Trabajo de Felix Suárez Riestra para la asignatura Nuevos Materiales y Sistemas del Máster en Rehabilitación Arquitectónica UDC. Profesor Jose Benito Rodríguez Cheda
IRIDIO, ofrece principalmente separadores plásticos diseñados para obtener la posición exacta de los aceros de refuerzo y los recubrimientos en las estructuras de concreto armado. Obteniendo ahorros en costos directos y tiempos de armado, logrando estructuras y construcciones con la fuerza, capacidad y durabilidad esperadas. Sus productos son fabricados con resinas plásticas químicamente inertes que cumplen con los señalamientos del ACI, 1OO% compatibles con el concreto y que en ningún caso propician la entrada de agentes contaminantes que pudieran reducir la vida útil del acero de refuerzo. Este accesorio no emite ningún tipo de contaminación al medio ambiente.
Con el paso del tiempo los humanos nos vamos creando múltiples necesidades y a diario los grandes científicos trabajan por solucionarlas y para ello necesitan nuevos materiales, aquí presentamos algunos de estos materiales en los que se trabajan actualmente
1. Biomateriales Cl´sicos
a
Diego Mercado Tepich´
ın
19/Febrero/13
1. Resumen
El prsente resumen describe los biomateriales convencionales usados actualmente en la pr´ctica cl´
a ınica y la forma en
que sus limitaciones han llevado a los nuevos avances tecnol´gicos con el fin de mejorar su rendimiento in vivo.
o
1.1. Metales
Los implantes permanentes met´licos de base de acero inoxidable (SUS 316L), aleaciones de cobalto cromo(Co-Cr) y
a
titanio o sus aleaciones han estado a la vanguardia de la investigaci´n de biomateriales cl´sico desde hace d´cadas.
o a e
Hasta ahora, la cadera, la rodilla, la columna vertebral y los implantes dentales de metal todav´ cubren la mayor
ıa
parte de los implantes colocados en todo el mundo. Sin embargo, los materiales met´licos tienen algunas limitaciones como
a
son la corrosi´n en el entorno del cuerpo, ya que n´
o ıquel, cromo y cobalto puede ser liberado de SUS 316L o aleaciones
de Co-Cr y puede conducir a reacciones t´xicas o de hipersensibilidad. La resistencia a la tracci´n y alta resistencia a la
o o
fatiga del metal hace que sea adecuado para aplicaciones de soporte de carga. Sin embargo, la gran falta de coincidencia en
el m´dulo de Young entre SUS 316L o Co-Cr y los tejidos como el hueso puede conducir a la enfermedad de periimplante
o
de resorci´n ´sea, un fen´meno conocido como estr´s de blindaje.
o o o e
El titanio y sus aleaciones son las que m´s se acercan al m´dulo el´stico del hueso, de manera que su uso puede
a o a
reducir el grado de estr´s de blindaje por inhibir la resorci´n ´sea y la remodelaci´n ´sea mejora. El titanio forma una
e o o o o
capa pasiva extremadamente estable de T iO2 en su superficie y por lo tanto proporciona resistencia ideal a la corrosi´n o
y biocompatibilidad superior. Adem´s, es un material atractivo debido a su resistencia espec´
a ıfica alta. La aplicaci´n a
o
largo plazo de algunas aleaciones de titanio de primera generaci´n ha planteado algunas inquietudes debido a la posible
o
liberaci´n de vanadio o de aluminio, que pueden conducir a reacciones t´xicas.En la actualidad, los investigadores intentan
o o
desarrollar titanio-n´
ıquel e incluso aleaciones sin niquel con efectos y funciones de memoria de forma superel´sticas.
a
El metal se clasifica como un material bioinerte. Por lo tanto, muchos intentos se han hecho para activar la superficie
de los implantes de metal por medio de m´todos f´
e ısicos o qu´ımicos. Los nuevos desarrollos en el campo de los implantes
met´licos a base de magnesio puede romper el paradigma de la insolubilidad de los materiales met´licos en el futuro.
a a
1.2. Cer´micas y vidrios
a
La mayor´ de los tipos de cer´mica son materiales duros y fr´giles, con altos m´dulos de elasticidad en comparaci´n con
ıa a a o o
el hueso. Cer´micas tradicionales son de alta resistencia a la tracci´n pero baja compresi´n, no obstante, el comportamiento
a o o
mec´nico, as´ como las propiedades biol´gicas dependen en gran medida el proceso de fabricaci´n aplicado. En la al´mina
a ı o o u
(Al2 O3 ) y ´xido de circonio (ZrO2 ) no son cer´micas bioactivas y est´n cubiertos por una capa fibrosa no adherente en
o a a
la interfaz despu´s de la implantaci´n. En ortopedia, que se utilizan principalmente como cabezas femorales artificiales o
e o
revestimientos acetabulares debido a su excelente resistencia mec´nica y durabilidad en conjunci´n con baja fricci´n.
a o o
Cer´micas bioactivas de fosfato de calcio, tales como hidroxiapatita (HA) y fosfato tric´lcico (TCP, Ca3 (P O4 )2 ), se
a a
utilizan principalmente como sustituto de hueso. La relaci´n de calcio a fosfato de estas cer´micas se asemeja mucho a
o a
la fase mineral del hueso, que se considera para tener en cuenta sus caracter´ ısticas osteoconductivas. Ellos proporcionan
una qu´ ımica de superficie que facilita la adsorci´n de prote´
o ınas y se demostr´, que estas cer´micas muestran un potencial
o a
osteoinductivo. En contraste, la degradaci´n de β-TCP no s´lo es mediada por mecanismos celulares, sino tambi´n por
o o e
procedimientos qu´ ımicos. Como resultado, in vivo se degrada r´pidamente y casi no predecible lo que hace dif´ para que
a ıcil
coincida con la cin´tica de degradaci´n del andamio con la deposici´n de hueso nuevo y remodelaci´n. Debido a su baja
e o o o
resistencia mec´nica TCP es insuficiente para el aumento ´seo en aplicaciones de soporte de carga. Las caracter´
a o ısticas
1
2. mec´nicas de tales compuestos una cer´mica puede ser mejorada incrementando el porcentaje de HA. Un aumento del
a a
contenido de β-TCP por otra parte conduce a un mayor velocidad de degradaci´n y liberaci´n de iones.
o o
El sulfato de calcio (CS), m´s com´nmente conocido como yeso de Par´ se ha utilizado como relleno ´seo durante
a u ıs, o
d´cadas, pero debido a su tasa de resorci´n dif´
e o ıcilmente susceptible lleg´ a ser menos importante cl´
o ınicamente.
Estudios recientes han proporcionado evidencia de que los andamios de octac´lcico de fosfato (OCP) podr´ ser una
a ıan
alternativa prometedora para la regeneraci´n ´sea. OCP es un precursor biol´gico de los cristales de apatita ´sea y fue
o o o o
demostrado que conducen a la formaci´n de hueso mejorada en comparaci´n con HA o β-TCP induciendo diferenciaci´n
o o o
osteog´nica de las c´lulas madre mesenquimales (MSC).
e e
Los vidrios bioactivos (Bioglass) se puede fabricar ya sea por fusi´n o transformaci´n soluci´n-gel y se han utilizado
o o o
ampliamente como material de relleno de huecos ´seos en los entornos cl´
o ınicos. El vidrio bioactivo se compone principal-
mente de ´xidos de sodio, calcio, silicio y f´sforo en varias proporciones. La bioactividad est´ dada por la presencia de una
o o a
capa rica en silicato hidratado, que se forma cuando entran en contacto con los fluidos humanos. Esta capa tiene efectos
catal´
ıticos sobre la deposici´n de HA, que a su vez conduce a una uni´n estable entre el vidrio y el hueso.
o o
Estas formulaciones de biovidrio muestrar un mayor potencial osteog´nico si se compara con HA sola. Los estudios
e
pudo demostrar que los andamios de vidrio bioactivo se disuelven completamente dentro de los 6 meses. Sin embargo, la
fragilidad y la baja tenacidad a la fractura del biovidrio dificulta su aplicaci´n para aplicaciones de soporte de carga.
o
1.3. Pol´
ımeros
Los pol´
ımeros sint´ticos incluyen bioestables como el polimetilmetacrilato (PMMA), caucho de silicona, polietileno
e
(PE), resinas acr´
ılicas, poliuretanos o polipropileno, etc. Polietileno, polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE) y
recientemente introducido altamente polietileno reticulado (HXLPE) representan materiales adecuados para revestimientos
o ´
acetabulares o insertos de rodilla debido a su bajo coeficiente de fricci´n y alta resistencia al impacto. Acido poliglic´lico
o
(PGA), polilactida (PLA) y la polidioxanona (PDS) se han utilizado ampliamente como dispositivos reabsorbibles de
fijaci´n de huesos o materiales de sutura. Las propiedades mec´nicas de estos materiales se puede mejorar mediante
o a
procesos auto-reforzantes, donde la matriz de pol´ ımero est´ reforzado por fibras orientadas del mismo material.
a
El objetivo de modernos pol´
ımeros bioactivos es imitar ciertos aspectos de la matriz extracelular(ECM) nativa mientras
que exhiben degradabilidad. Los pol´ ımeros sint´ticos m´s com´nmente utilizados son el poli (α-hidroxi´steres) conocido co-
e a u e
mo PGA, y sus copol´ ımeros poli (l´ctico-co-glic´lico) (PLGA) y poli-ε-caprolactona (PCL). Las velocidades de degradaci´n
a o o
se puede ajustar desde semanas a a˜os modificando el peso molecular, la cristalinidad y la relaci´n del co-pol´
n o ımero.
Una alternativa a los pol´ımeros sint´ticos representa el uso de pol´
e ımeros aisladas de ECMs de materiales naturales
con o sin modificaciones adicionales. El mantenimiento de las se˜ales de reconocimiento celular durante el procesado
n
puede preservar se˜ales biol´gicas y las caracter´
n o ısticas f´
ısico-qu´
ımicas. Uno de los m´s ampliamente utilizados pol´
a ımeros
naturales son los basados en la proteina estructural de col´geno, que se puede encontrar en los tejidos conectivos, tales
a
como tend´n, ligamento, cart´
o ılago, hueso y piel. El col´geno se puede procesar en esponjas, en membranas, en mallas
a
tejidas de nanofibras, vellones o hidrogeles. Las propiedades mec´nicas y estabilidad de estos pueden mejorar a trav´s de
a e
la reticulaci´n con los agentes qu´
o ımicos o est´
ımulos f´
ısicos.
La fibrina es una prote´ de la matriz, que es desarrollada por la polimerizaci´n del fibrin´geno por la acci´n enzim´tica
ına o o o a
de la trombina. Forma una red de tipo gel nano-/micro-fibrilar, para mediar el proceso de coagulaci´n de la sangre. El
o
pegamento de fibrina (fibrin´geno m´s trombina) se ha utilizado ampliamente como un adhesivo de tejido para la reparaci´n
o a o
de la herida quir´rgica. Debido a sus caracter´
u ısticas biomim´ticas, por ejemplo fibrina es utilizado como un material de
e
soporte para el m´sculo y de cart´
u ılago. Andamios de fibrina son degradados dentro de d´ o semanas de c´lulas asociadas
ıas e
a la actividad enzim´tica durante el proceso de cicatrizaci´n de heridas fisiol´gicas. La velocidad de degradaci´n puede
a o o o
estar influenciada por el inhibidor de la proteinasa aprotinina.
El Chitosan revela similitud estructural con glicosaminoglicanos naturales. Debido a su biocompatibilidad, baja toxi-
cidad y propiedades no antig´nicas, que es otro material atractivo para aplicaciones de ingenier´ de tejidos. Est´ formado
e ıa a
por N-desacetilaci´n de la quitina polisac´rida natural, que se encuentra en los exoesqueletos de los crust´ceos y las paredes
o a a
celulares de los hongos. El quitosano se degrada in vivo por la lisozima, que es producida por los macr´fagos. Sin embargo,
o
es generalmente insoluble en disolventes org´nicos neutros. Por lo tanto, derivados de muchos han sido desarrollados para
a
mejorar su solubilidad in vivo y procesabilidad. La naturaleza cati´nica del quitosano conduce a una interacci´n con
o o
mol´culas ani´nicas tales como latas glycosaminogly y proteoglicanos, que de nuevo pueden hacer que este pol´
e o ımero un
veh´ıculo efectivo para los factores de crecimiento o citoquinas. Chitosan puede ser utilizado solo o en combinaci´n cono
otros materiales para formar hidrogeles, fibras, gr´nulos o esponjas.
a
2