Construyendo a ciencia cierta: Polímeros en medicina: implantes y prótesis

-entrada en construcción-
Aquí os dejo con parte de un trabajo que hice para la asignatura "Polímeros y adhesivos":

ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN ______________________________________________ pág. 1
2. CONCEPTOS IMPORTANTES _____________________________________ pág. 2
2.1 Adhesivos y sellantes
2.2 Materiales inteligentes
3. ODONTOLOGÍA ______________________________________________ pág. 6
3.1 Adhesivos
3.1.1 Adhesivos para prótesis completas
3.1.2 Medios de fijación: resinas
3.1.3 Composite
3.1.4 Cementos policarboxilato
3.1.5 Cemento ionómero de vidrio
3.1.6 Resinas compuestas-ionómero vítreo híbrido
3.1.7 Hidroxiapatita
3.2 Prótesis en oftalmología
3.2.1 Polimetilmetacrilato (PMMA) en prótesis dentales.
3.2.2 Prótesis metálicas, adhesivos
4. OFTALMOLOGÍA __________________________________________ pág. 13
5. IMPLANTES ______________________________________________ pág. 14
5.1 Fibrina.
6. ORTOPEDIA I _____________________________________________ pág. 17
6.1 Prótesis de PEHD (reconstrucción maxilofacial)
6.2 Siliconas
7. ORTOPEDIA II _____________________________________________ pág. 22
7.1 Prótesis de miembros amputados
7.1.1 Poliestirenos de alto impacto (PS, HIPS)
7.1.2 Madera de fibra de densidad media (MDF)
7.1.3 Poliuretano
7.1.4 Nylon
7.2 Prótesis atletas
7.3 Prótesis inteligentes
7.4 Prótesis en huesos.
7.4.1 Hidroxiapatita Porosa
7.4.2 Recubrimiento de hidroxiapatita con aleaciones de titanio
7.4.3 Silicona
8. BIBLIOGRAFÍA __________________________________________ pág. 35

1. INTRODUCCIÓN

Son numerosos los usos que en el ámbito de la medicina se les da a los polímeros tanto de origen natural como sintéticos. Dichos usos van desde la fabricación de prótesis, productos de ortopedia, hasta pegamentos, cementos, pasando por los propios embalajes, bolsas… de productos varios de nuestros hospitales.
Los biomateriales pueden clasificarse como: biomédicos, con un origen artificial (metales, cerámicas, polímeros...) y biológicos, con un origen natural, animal o humano (colágeno, quitina...). En todos los casos deben ser química, mecánica y clínicamente compatibles. Las propiedades de un implante dependen de factores biológicos (estructura cristalina, composición química), mecánicos (microestructura, dislocaciones, porosidad) y cinéticos (superficie, tamaño, porosidad, defectos). La elección de un biomaterial no sólo depende de la composición, también de la concentración de cada elemento en el implante y de su degradación, que tendrá lugar en contacto con tejidos vivos. Según la naturaleza del material se pueden clasificar en: cerámicas, metales, polímeros.
Por todo ello, nos centraremos en las siguientes páginas en explicar el uso de los principales polímeros en medicina. Sea desde el punto de vista de la fabricación de adhesivos, sea desde el punto de vista de la fabricación de prótesis, materiales ortopédicos…
Para facilitar su explicación, repasaremos los diferentes campos de la medicina en las que se aplican estos materiales, explicando a su vez tanto los adhesivos y cementos, como los materiales, piezas que podemos encontrar en cada rama.
Nos centraremos pues, en el uso de los mencionados materiales para oftalmología, odontología, cirugía de implantes y ortopedia, en el mismo orden mencionado.

2. CONCEPTOS IMPORTANTES

2.1 Adhesivos y sellantes
Los sellantes y adhesivos en biomedicina, son usados para rellenar o unir partes de materiales diferentes y que a su vez proporcionen unas condiciones de resistencia y biocompatibilidad adecuadas.
Estos adhesivos son utilizados en una gran variedad de procesos en medicina. Entre los que se encuentran el ensamblaje de diferentes partes en prótesis o en dientes por ejemplo.
La dificultad con la que nos encontramos a la hora de su uso, son las condiciones desfavorables del medio. Por ello, dichos materiales deben reunir una serie de condiciones entre las que se encuentran: deben ser fáciles de manipular, de interaccionar íntimamente entre las diferentes partes a ensamblar, y por supuesto biocompatibles.
Desde la antigüedad, se han venido utilizando diversos materiales de origen natural con el fin de ensamblar piezas. Entre estos materiales, se encuentra la sangre, caseína de la leche, resinas…
Sin embargo, en el campo de la medicina, fue con el descubrimiento del metil 2-cianoacrilato, cuando podemos empezar a hablar de adhesivos propiamente dicho. Hallándose, que dicho componente era capaz de formar una película lo suficientemente fuerte como para mantener la herida cerrada, a pesar de las condiciones adversas de humedad, sangre…
Pero su uso se ha visto limitado a aplicaciones superficiales debido a los estudios hechos en animales que lo relacionan con ciertos cánceres, la dificultad de manipulación y la biocompatibilidad.
Pegamentos de proteínas.
Estudios se han centrado en materiales de origen natural.
Entre los estudios actuales sobre adhesivos, podemos encontrar materiales como:

Gelatin-resorcinol-formaldehído (GRF)

Y especialmente en pegamentos derivados de la combinación de fibrinogen-thrombin.

Otros materiales derivados de proteínas y péptidos han sido investigados como la fibrin-colágeno y la albúmina entrecruzada.

Hidrogeles.
Materiales como monómeros basados en poli (etilenglicol) han sido desarrollados en series de hidrogeles acuosos, que también pueden usarse en la liberación de medicamentos mediante matrices.

Cementos para dientes y huesos.
Para las fijaciones de materiales de ortopedia o para dientes se han desarrollado acrílicos de curado en frío.

Adhesivos para dientes.
En primer lugar se desarrollaron los basados en poli (acrílicos ácidos) como el zinc-policarboxilato. Entre los más actuales, encontramos adhesivos como los policarbonaros, polifosfatos…
En la siguiente tabla exponemos los principales tipos de adhesivos, composición y mecanismo de formación:

1.1 Materiales inteligentes

Hoy en día, el término “inteligente” se ha adoptado para calificar una clase de materiales que presentan la capacidad de cambiar sus propiedades físicas (rigidez, viscosidad, forma, color, etc.) en presencia de un estímulo concreto.

Las principales características de este tipo de materiales son: presentan sensores de reconocimiento y medida de la intensidad del estímulo ante el que reaccionará el material. A su vez presentan “actuadores”, que responden ante dicho estímulo. Para controlar la respuesta de una forma predeterminada presentan mecanismos de control y selección de la respuesta. El tiempo de respuesta es corto. El sistema comienza a regresar a su estado original tan pronto como el estímulo cesa.

Entre estos materiales inteligentes, podemos hablar de los materiales con memoria de forma, el efecto de memoria de forma puede describirse como la capacidad de un material para cambiar la forma debido a la aplicación de un estímulo externo. Y dentro de estos, tenemos los polímeros con memoria de forma.

1. ODONTOLOGÍA

1.1 Adhesivos

1.1.1 Adhesivos para prótesis completas

Para la unión de dentaduras o prótesis completas en personas que carecen de piezas dentales, existen una serie de adhesivos basados en la siguiente composición:

Grupo1: materiales responsables de la adhesión: gomas, pectina, metilcelulosa, hidroximetilcelusosa, carboximetilcelulosa, celulosa sódica y polímeros sintéticos (acrílicos, polivinil acético, óxido polietileno…)

Grupo 2: agentes antimicrobianos: tetraborato sódico, etanol…

Grupo 3: aditivos, conservantes y colorantes.

1.1.2 Medios de fijación: resinas

Este tipo de fijaciones, reúnen los requisitos de biocompatibilidad y fluidez necesaria para extender una capa delgada, adecuada para este tipo de intervenciones.

En ocasiones, se agregan sustancias que permitan o faciliten la adhesión entre la superficie a unir y la propia resina como son los ésteres fosfóricos o el 4-META.

Los primeros, son los más utilizados y se asocian a resinas con carga cerámica. Siendo muy efectiva sobre superficies que forman óxidos ya que se unen químicamente a estos.

En otras ocasiones, no se agregan monómeros pero se acondicionan en determinados sustratos (cerámica-composite) logrando así la adhesión química también.

Su reacción de polimerización puede iniciarse por activación química o por medios físicos como la luz azul (que son de actividad dual-lumínica).

Estos últimos son de actividad dual-lumínica ya que al mezclar sus dos componentes se activan, pero al emplear la base se puede solamente fotoactivar. Lo cual es importante al aplicar capas delgadas donde la luz podrá atravesarla. Por el contrario ha quedado demostrado que, de producirse la activación química, se producirían decoloraciones en la pieza con el tiempo.

Dentro de este grupo, ubicamos los ionómeros vítreos híbridos (IVH) y una clase de medio de fijación que son los basados en copolímero.

En los IVH el líquido es una solución acuosa de polímeros de ácidos alquenoicos con dobles enlaces. Esto les permite fraguar como los convencionales y polimerizar por adición únicamente por activación química.

Estos, son ideales para fijar elementos metálicos, pero no para elementos cerámicos, composites… Endurecen por polimerización, pero al añadir agua al medio, pueden completar una reacción ácido-base y terminar de fraguar liberándose de iones fluor.

1.1.1 Composite

Para la restauración de piezas dentales, se comienza con una microasperización de la superficie para generar microretenciones. Se recurre al chorreo con aire abrasivo de óxido de aluminio de 50 micrones y a partir de aquí, se pueden hacer dos cosas: una es buscar la adhesión química de la resina de fijación con la matriz orgánica del bloque de composite (lo más habitual) para lo cual necesitamos un adhesivo a modo de promotor de la adhesión que no será fotoactivado a no ser que se forme una película muy gruesa con este.

La otra, será buscar adhesión sobre la porción inorgánica del composite, es decir, sobre el relleno cerámico. Para ello, buscaremos un agente silano. Existen ciertos acondicionadores que presentan ambos componentes. El medio de fijación será una resina con carga con iguales consideraciones que para los elementos cerámicos.

Lo más habitual en este tipo de intervenciones será usar una resina de activación dual que exige el uso de la luz como medio de activación física.

1. BIBLIOGRAFÍA

§ An introduction to materials in medicine, ed. 1996. Autores: Buddy D. Ratner, Allan Hoffman, Frederick J. Schoen, Jack E. Lemons.

§ http://www.scielo.org.ar/pdf/abcl/v41n1/v41n1a02.pdf (FIBRINA)

§ http://www.amputeecoalition.org/spanish/inmotion/may_jun_04/paralympic.pdf

§ http://external.doyma.es/pdf/4/4v25n05a13088629pdf001.pdf

http://www.scielo.org.ar/pdf/abcl/v41n1/v41n1a02.pdf (FIBRINA)

http://digitool-uam.greendata.es/view/action/singleViewer.do?dvs=1255039492013~576&locale=es_ES&DELIVERY_RULE_ID=4&search_terms=SYS%20=%20000001459&adjacency=N&application=DIGITOOL-3&frameId=1&usePid1=true&usePid2=true (PRÓTESIS PE)

http://www.sociedadperuanadeprotesis.org/descargas/2001/odontologia_adhesiva.pdf (RESINAS Y COMPOSITES SOBRE DIENTES)

http://www.revista.unam.mx/vol.6/num1/art01/art01_enero.pdf (PRÓTESIS, MATERIALES, PEA)

http://tegra.lasalle.edu.co/dspace/bitstream/10185/17/1/T44.07%20C144c.pdf (fabricación de la prótesis paso a paso)

http://www.amputee-coalition.org/spanish/inmotion/may_jun_04/paralympic.pdf (prótesis atletas)