Los traumatismos, la degeneración y las enfermedades a menudo hacen necesaria la reparación o sustitución quirúrgica. Cuando una persona tiene un dolor articular la principal preocupación es el alivio del dolor y la vuelta a un estilo de vida saludable y funcional. Esto suele requerir la sustitución de partes del esqueleto que incluyen rodillas, caderas, articulaciones de los dedos, codos, vértebras, dientes y la reparación de la mandíbula. El mercado mundial de biomateriales está valorado en cerca de 24.000 millones de dólares. Las aplicaciones ortopédicas y dentales representan aproximadamente el 55% del mercado total de biomateriales. Los productos ortopédicos en todo el mundo superaron los 13.000 millones de dólares en 2000, lo que supone un aumento del 12% respecto a los ingresos de 1999. Se espera que la expansión en estas áreas continúe debido a una serie de factores, como el envejecimiento de la población, la creciente preferencia de los candidatos más jóvenes y de mediana edad para someterse a la cirugía, las mejoras en la tecnología y el estilo de vida, una mejor comprensión de la funcionalidad del cuerpo, la mejora de la estética y la necesidad de una mejor función.
Biomateriales
El biomaterial, por definición, es «una sustancia no farmacológica adecuada para su inclusión en sistemas que aumentan o sustituyen la función de los tejidos u órganos corporales». Desde hace ya un siglo, los materiales y dispositivos artificiales se han desarrollado hasta el punto de poder sustituir diversos componentes del cuerpo humano. Estos materiales son capaces de estar en contacto con fluidos y tejidos corporales durante periodos prolongados, sin provocar apenas reacciones adversas.
Desarrollo histórico de los biomateriales
Algunas de las primeras aplicaciones de los biomateriales se remontan a la antigua Fenicia, donde los dientes sueltos se unían con alambres de oro para unir los dientes artificiales a los vecinos. A principios del siglo XX se aplicaron con éxito las placas óseas para estabilizar las fracturas óseas y acelerar su curación. Mientras que entre los años 50 y 60, se realizaban ensayos clínicos de sustitución de vasos sanguíneos y se desarrollaban válvulas cardíacas artificiales y articulaciones de cadera.
Factores de diseño de los biomateriales
Incluso en las fases preliminares de este campo, los cirujanos e ingenieros identificaron materiales y problemas de diseño que provocaban la pérdida prematura de la función del implante por fallos mecánicos, corrosión o biocompatibilidad inadecuada del componente. Los factores clave en el uso de un biomaterial son su biocompatibilidad, su biofuncionalidad y, en menor medida, su disponibilidad. Las cerámicas son candidatas ideales con respecto a todas las funciones mencionadas, excepto por su comportamiento frágil.
Materiales para implantes
Se ha aceptado que ningún material extraño colocado dentro de un cuerpo vivo es completamente compatible. Las únicas sustancias que se conforman completamente son las fabricadas por el propio cuerpo (autógenas) y cualquier otra sustancia que sea reconocida como extraña, inicia algún tipo de reacción (respuesta del tejido huésped). Los cuatro tipos de respuestas, que permiten diferentes medios para lograr la fijación de los implantes al sistema músculo-esquelético, se indican en la figura 1.
Figura 1. Clasificación de los biomateriales según su bioactividad (a) implante dental de alúmina bioinerte, (b) recubrimiento de hidroxiapatita bioactivo sobre un implante dental metálico, (c) biovidrio activo en superficie y (d) fosfato tricálcico biorreabsorbible ( impant.
Clasificación de los biomateriales
Cuando se coloca un material sintético dentro del cuerpo humano, los tejidos reaccionan hacia el implante de diversas maneras dependiendo del tipo de material. El mecanismo de interacción tisular (si lo hay) depende de la respuesta del tejido a la superficie del implante. En general, hay tres términos en los que se puede describir o clasificar un biomaterial en representación de las respuestas de los tejidos. Se trata de los términos bioinerte, biorreabsorbible y bioactivo, que están bien tratados en una serie de excelentes artículos de revisión.
Biomateriales bioinertes
El término bioinerte se refiere a cualquier material que, una vez colocado en el cuerpo humano, tiene una interacción mínima con el tejido circundante; ejemplos de ello son el acero inoxidable, el titanio, la alúmina, la zirconia parcialmente estabilizada y el polietileno de peso molecular ultra alto. Por lo general, puede formarse una cápsula fibrosa alrededor de los implantes bioinertes, por lo que su biofuncionalidad depende de la integración del tejido a través del implante (Figura 1a).
Biomateriales bioactivos
Bioactivo se refiere a un material que, al ser colocado en el cuerpo humano, interactúa con el hueso circundante y, en algunos casos, incluso con el tejido blando. Esto ocurre a través de una modificación cinética dependiente del tiempo de la superficie, desencadenada por su implantación dentro del hueso vivo. Una reacción de intercambio de iones entre el implante bioactivo y los fluidos corporales circundantes da lugar a la formación de una capa de apatita carbonatada biológicamente activa (CHAp) en el implante que es química y cristalográficamente equivalente a la fase mineral del hueso. Los principales ejemplos de estos materiales son la hidroxiapatita sintética, la vitrocerámica A-W y el bioglass® (Figura 1b y c)).
Biomateriales biorreabsorbibles
Biorreabsorbible se refiere a un material que, al ser colocado en el cuerpo humano, comienza a disolverse (reabsorberse) y a ser sustituido lentamente por tejido que avanza (como el hueso). Ejemplos comunes de materiales biorreabsorbibles son el fosfato tricálcico y los copolímeros de ácido poliláctico-poliglicólico. El óxido de calcio, el carbonato de calcio y el yeso son otros materiales comunes que se han utilizado durante las últimas tres décadas (Figura 1d).