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Salud Daniela Perfetti R.,
Unimedios
Las células óseas no se dejan ‘enredar’. Cuando hay reemplazo de una articulación ellas lo saben y su respuesta ante un material desconocido es el ‘aislamiento’: el tejido del hueso no se integra a la prótesis. Esto favorece el aflojamiento y, en ocasiones, existe la necesidad de una nueva intervención en el paciente. Dianney Clavijo Grimaldo, médica de la Universidad Nacional de Colombia, centra su interés en los avances y posibilidades de la nanomedicina. Ella tuvo la oportunidad de trabajar en España con un equipo que se utiliza para la fabricación de nanobaterías, el cual le permitió generar nuevas ideas. Se preguntó si este dispositivo podría servir para fabricar revestimientos en aquellos materiales que son compatibles con el cuerpo humano a nivel biológico (biocompatibles), y así modificar sus superficies para que sean mejor aceptadas por las células óseas. Después de múltiples ensayos consiguió crear un novedoso recubrimiento para mejorar la adhesión entre células y prótesis.
Táctica de astucia “Los materiales metálicos que se utilizan en la actualidad para reemplazos articulares son excelentes desde el punto de vista mecánico (para un adecuado movimiento), pero tienen un inconveniente: no son capaces de establecer interacciones con el tejido óseo para promover su regeneración. Son inertes, es decir, no propician una integración con el organismo”, explica Clavijo, docente de la Facultad de Medicina de la UN. La experta recurrió a la Ingeniería de Superficies para modificar el titanio, un elemento convencional para la fabricación de ortopédicos. “El objetivo de realizar variaciones en la superficie de la prótesis es mimetizar ciertas características propias de la matriz extracelular (MEC), es decir, el medio que naturalmente rodea a las células del hueso. De esta manera ellas se adhieren, proliferan y empiezan a fabricar nueva MEC”, expresa la doctora. Para ‘confundir’ al tejido es necesario realizar dos tipos de acciones sobre el material: primero, modificar la superficie a través de grupos químicos, moléculas o macromoléculas (funcionalizarlo) y, segundo, crear una topografía o un relieve adecuado para permitir la migración celular. En este caso, a las células óseas les atrae un patrón irregular; es decir, el terreno en el que se mueven debe tener poros de
Mejoran el titanio para implantes ortopédicos
Los metales utilizados para reemplazar articulaciones dañadas son compatibles con el organismo humano pero tienen un inconveniente: no son capaces de establecer interacciones con el tejido óseo para promover su regeneración. Dos novedosas técnicas para recubrirlos favorecen la integración células-prótesis.
ciales en su superficie. Esa era la idea del equipo de trabajo: mejorar los insumos convencionales para que, mediante el tratamiento de las áreas metálicas en contacto con el organismo, se optimizara la respuesta biológica”, anota.
Osteoblasto
El paso a seguir 1. La proteína adsorbida sobre la superficie del biomaterial contiene la secuencia de aminoácidos ArgGliAsp (RGD)
2. Las integrinas del osteoblasto reconocen la secuencia ArgGliAsp α
β 3. Migración y adhesión del osteoblasto al biomaterial
4. Proliferación osteoblástica y depósito de MEC
Figura 1. Proceso de osteointegración a un biomaterial. Dianney Clavijo
tamaños variados y ‘montañas’ de diferentes elevaciones. Si el área es plana, no se desplazan. Así, al implantar el metal en el paciente, se favorece la adsorción de proteínas sobre la superficie y, a través de ellas, el proceso de integración entre la célula y la prótesis (ver Figura 1).
Aporte interdisciplinar Un equipo de ingenieros, biólogos, físicos y médicos de la UN, en colaboración con la Universidad Nacional de Educación a Distancia de Madrid (España), el Centro Internacional de Física (CIF) y Unisanitas, desarrolló un recubrimiento del titanio de uso ortopédico con nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2). Estas partículas microscópicas fueron acopladas en la superficie mediante electrospray, una técnica que permitió tanto la funcio-
nalización como la creación de la topografía óptima, con resultados positivos en ensayos biológicos in vitro (Figura 2). El proyecto contó con el apoyo económico de la Dirección de Investigación Sede Bogotá (DIB); cabe resaltar que, por este logro, los científicos recibieron la mención de honor de la Academia Nacional de Medicina, a finales de 2010. En otro trabajo, el grupo de profesionales realizó un recubrimiento con zirconia mediante la técnica sputtering (pulverización catódica). Esta cerámica, usada hace varios años en reemplazos de cadera, también es inerte. Sin embargo, gracias a la utilización del método se obtuvieron respuestas favorables en los ensayos biológicos (Figura 3). “Según como se haga el recubrimiento sobre el metal (la técnica y los parámetros aplicados) se modifican características esen-
El próximo peldaño en la investigación, después de los resultados exitosos que obtuvieron en el experimento in vitro, son los ensayos con ratones. Buscamos hacer el ensayo in vivo, adecuar el montaje de electrospray a tornillos de uso ortopédico en la UN. Si son exitosos, habría la posibilidad de realizar prototipos para futuras aplicaciones en la fabricación de dispositivos para prótesis”, dice. La experta, magíster en Ingeniería Biomédica y estudiante del doctorado en Ingeniería, Ciencia y Tecnología de Materiales en la UN, resaltó la relevancia de la investigación, porque además de favorecer la colaboración interdisciplinaria, está pensada para los usuarios que necesitan reemplazos articulares, en su mayoría personas de edad avanzada; en estos casos, la cirugía y la reintervención tienen un elevado valor económico, pero sobre todo un alto costo social, familiar y personal. Las estadísticas norteamericanas motivan a trabajar en esta línea: se estima que para el año 2030 las cirugías de reemplazos de cadera se incrementarán en 174% y las de rodilla en 673%; adicionalmente, las intervenciones para revisiones de estos implantes aumentarán en 137% y 607%, respectivamente. “Por ello, la tendencia en el mundo es investigar sobre los tratamientos de superficie como respuesta a esta necesidad, enfatiza”.
Figura 3
Microfotografía electrónica de un recubrimiento de TiO2 sobre titanio de uso ortopédico. Dianney Clavijo, Édgar Alfonso, Álvaro Perea, Carmen Cardozo y Ciro Casadiego.
Modelo 3D del crecimiento de osteoblastos sobre acero recubierto con ZrNxOy (a) y acero sin recubrir (b). Édgar Alfonso, Jhon Olaya, Gloria Cubillos, Dianney Clavijo y Carmen Cardozo.
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8 de abril de 2012
Figura 2