Cuarta generación de biomateriales, ¿Qué significa?

Enero / January 11, 2017

Cuarta generación de biomateriales, ¿Qué significa?

Considerables avances han sido logrados en el campo de los biomateriales durante los últimos 50 años, donde los materiales intencionados para objetivos biomédicos se han desarrollado tras cuatro generaciones hasta obtener materiales biomiméticos que permiten tener una interacción definida y controlada con un medio biológico. MimetikOss es el primer injerto óseo que pertenece a esta última generación.

Primera generación

En los años 1950, una primera generación de materiales fue desarrollada para su uso en el cuerpo humano. El objetivo de estos primeros biomateriales era  “alcanzar una combinación conveniente de propiedades físicas para reemplazar las del tejido sustituido con una respuesta tóxica mínima del receptor ” (1). Buscaban materiales que fueran inertes en el cuerpo con el fin de reducir la respuesta inmune y la reacción a un cuerpo extraño a un nivel mínimo. La elección de los materiales usados en dispositivos médicos era fundamentalmente empírica. En efecto, los primeros biomateriales ya estaban usados en la industria.

Segunda generación

En los años 1970, gracias al desarrollo del conocimiento científico en el campo de los biomateriales y de la inmunología, surgió la generación de los materiales bioactivos y de los materiales bioabsorbibles (2). Los materiales bioactivos tienen la habilidad de interactuar con el medio biológico para mejorar la respuesta biológica y el enlazamiento entre el tejido y la superficie del biomaterial. Los materiales bioabsorbibles tienen la habilidad de sufrir una degradación progresiva mientras el nuevo tejido se regenera y se cura. El objetivo era producir componentes biocompatibles y capaces de interactuar con el medio biológico favoreciendo su integración.
En el sector dental y ortopédico, esta generación ha conducido a la elaboración de los primeros injertos óseos como los vidrios bioactivos, cerámicas, vitrocerámicas y materiales compuestos.

Unigraft, un ejemplo de biovidrios de segunda generación

Tercera generación

Mientras que en la segunda generación los biomateriales pueden ser  bioactivos o bioabsorbibles, en la tercera generación se desarrollan materiales que combinan estas dos propiedades. Este avance fue posible gracias al desarrollo de la ingeniería de tejidos y de la medicina regenerativa (3), y permitió obtener biomateriales capaces de estimular respuestas celulares específicas a nivel molecular. Con este desarrollo surgieron técnicas de bioactivación de los materiales, principalmente de sus superficies, por ejemplo, con  técnicas de inmovilización de biomoléculas bioactivas sobre la superficie.
 
MBCP Biomatlante, un ejemplo de biomaterial de tercera generación

 

Cuarta generación

Gracias al desarrollo del conocimiento sobre la interacción biomaterial/medio biológico a  nivel molecular, celular y tisular, ha sido posible elaborar biomateriales que se caracterizan por la capacidad de estimular células específicas para ayudar al cuerpo a curarse y a reparar sus propios tejidos de manera natural siguiendo procesos fisiológicos (4)(5). Estos materiales son los biomateriales de cuarta generación, también llamados “biomateriales inteligentes”. Están considerados más como una herramienta que ayuda el cuerpo a autocurarse que como un material.
Uno de los tipos de biomateriales de cuarta generación son los materiales biomiméticos (3), que imitan la estructura y topografía o el principio físico de un material existente en la naturaleza. Por ejemplo, MimetikOss presenta una estructura y topografía que replica la del hueso, lo que permite regenerarlo de manera natural mediante procesos fisiológicos  de remodelación ósea.

 

MimetikOss, el primer injerto óseo de cuarta generación

Las fotos siguientes muestran la diferencia topográfica de un injerto óseo de tercera generación (izquierda) y de MimetikOss, injerto óseo de cuarta generación (derecha). Constatamos la presencia de nanocristales de hidroxiapatita en la superficie de MimetikOss, tal y  como existe en la superficie del hueso natural. Es esta particularidad la que permite a MimetikOss alcanzar una regeneración completa de defectos óseos, de manera estable, natural y rápida.

 

Comparación de la superficie de un Injerto óseo de tercera generación (izquierda) con MimetikOss, injerto de cuarta generación (derecha)

(1) Hench, L. L. Biomaterials. Science 208, (4446):826-31(1980).
(2) Navarro, M., Michiardi, A., Castaño, O. & Planell, J. a. Biomaterials in orthopaedics. J. R. Soc. Interface5, 1137–58 (2008).
(3) Español M, Pérez RA, Montufar EB, Ginebra MP. Bioimimetic, Bioresponsive, and Bioactive Materials. In: Santin M, Phillips GJ, editors. Online: John Wiley & Sons, Inc, 2012.
(4) Dianney, D. et al. Hacia una nueva generación de biomateriales. Primera parte. Encuentro Nac. Resid. - Bogotá - Colomb.24, 168–177 (2010).
(5) Ning, C., Zhou, L. & Tan, G. Fourth-generation biomedical materials. Mater. Today 19, 2–3 (2016).
(6) Pastorino, D., "Biomateriales para la regeneración ósea: las claves del éxito", Gaceta Dental, 271, Julio 2015, pp. 100-107.
 



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