Revista de medicina regenerativa

Biomateriales y Bioingeniería

Se están realizando avances tecnológicos para el desarrollo de la monitorización continua y la regulación de los niveles de glucosa mediante la implantación de chips sensores. Se espera que la tecnología Lab-on-a-chip modernice los diagnósticos y los haga más fáciles y regulados. Otra área que puede mejorar la asistencia sanitaria del mañana es la administración de fármacos. Las microagujas tienen el potencial de superar las limitaciones de las agujas convencionales y se están estudiando para la administración de fármacos en diferentes lugares del cuerpo humano. Hay un gran avance en el área de la fabricación de andamios que ha mejorado la potencialidad de la ingeniería de tejidos. La mayoría de los andamios emergentes para la ingeniería de tejidos son los hidrogeles y criogeles. Los hidrogeles dinámicos tienen una gran aplicación en la ingeniería de tejidos y la administración de fármacos. Además, los criogeles, al ser supermacroporosos, permiten la unión y proliferación de la mayoría de los tipos de células de mamíferos y han mostrado aplicaciones en ingeniería de tejidos y bioseparación.

Desde la perspectiva de la atención sanitaria, los biomateriales se pueden dividir en las siguientes categorías: (1) sintéticos (metales, polímeros, cerámicas y compuestos); (2) De origen natural (derivado de animales y plantas); (3) Materiales semisintéticos o híbridos. Todos estos tipos de biomateriales se utilizan en la atención sanitaria desde hace mucho tiempo, pero los desarrollos posteriores han mejorado su utilidad en la atención sanitaria. Los metales son la clase de materiales que se utilizan ampliamente para aplicaciones de carga. Algunos de los ejemplos incluyen alambres y tornillos para fracturar placas de fijación y articulaciones artificiales. Durante el reemplazo de cadera, los componentes femorales generalmente se fabrican con aleaciones de Co-Cr-Mo o Co-Ni-Mo o aleaciones de titanio. Los polímeros como implantes o dispositivos biomédicos se utilizan como prótesis faciales, tubos traqueales, partes de riñón e hígado, componentes del corazón, etc. El polietileno de peso molecular ultraalto (UHMWPE) ha mostrado aplicación en las articulaciones de la rodilla, la cadera y el hombro.

Las cerámicas han revelado aplicaciones como implantes dentales o materiales de empaste. Como las cerámicas tienen poca tenacidad a la fractura, tienen aplicaciones limitadas como materiales de carga. Los materiales compuestos se utilizan ampliamente para prótesis de extremidades, debido a la combinación de baja densidad y alta resistencia. Pocos tipos de materiales compuestos, como el relleno de bisfenol A-glicidil-cuarzo/sílice y el relleno de polimetacrilato de vidrio, se utilizan ampliamente para las restauraciones dentales. Los polímeros de origen natural como el colágeno, la gelatina, el alginato, el ácido hialurónico, etc. se utilizan ampliamente en las áreas de la atención médica para la fabricación de estructuras tridimensionales (3-D) que apoyan el crecimiento y la proliferación celular. Estos armazones sembrados de células tridimensionales imitan el tejido huésped nativo, por lo que tienen una aplicabilidad significativa en el área de la medicina regenerativa. Como los biomateriales de origen natural tienen una resistencia mecánica limitada, sus aplicaciones se restringen en las regiones que soportan carga. Por eso, estos materiales se están modificando químicamente para mejorar sus propiedades mecánicas. Los ejemplos incluyen cadenas de colágeno modificadas con lisina e hidroxilisina, fibrinógeno PEGilado (PF), etc.

La primera generación de biomateriales evolucionó durante las décadas de 1960 y 1970 para su aplicación como implantes médicos. El objetivo básico durante la fabricación de estos biomateriales fue mantener un equilibrio entre las propiedades físicas y mecánicas junto con una toxicidad mínima para el tejido huésped. Las propiedades ideales de los biomateriales de primera generación buscadas por los cirujanos eran (1) propiedades mecánicas apropiadas; (2) resistencia a la corrosión en ambiente acuoso; y (3) no debe provocar toxicidad ni carcinogenicidad en tejidos vivos. Pero los biomateriales de segunda generación fueron desarrollados para ser bioactivos. Otros avances en la tecnología de biomateriales se están traduciendo ahora en la expansión de biomateriales de tercera generación que pueden estimular una respuesta celular específica. Los ejemplos incluyen vidrio bioactivo (tercera generación) y espumas porosas que están diseñadas de manera que activan genes que pueden estimular la regeneración de tejidos vivos. También se están realizando esfuerzos para desarrollar materiales de andamiaje que posean características a nanoescala para imitar la matriz extracelular nativa del huésped.

Actualmente, el principal objetivo de los investigadores es el desarrollo de tejidos artificiales (como biomateriales) que tengan las mismas características arquitectónicas que sus homólogos naturales. Se espera que el desarrollo y uso de biomateriales aumente en los próximos años. Se están desarrollando nuevos métodos de pronóstico que están disponibles para ayudar al progreso de enfoques innovadores para una atención sanitaria asequible.