Desarrolla UNAM materiales alternos para implantes metálicos

MÉXICO, DF., 27 de julio de 2014.- Científicos del Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) de la UNAM trabajan en el desarrollo de un recubrimiento para implantes metálicos que mejore las propiedades de interacción a nivel celular, promueva el crecimiento del hueso, inhiba la adhesión de bacterias y sea de bajo costo.

Tras probar diversos materiales, los mejores resultados se han obtenido del óxido de titanio, el más resistente a la corrosión y el más conveniente para interactuar con un medio biológico, explicó Sandra Rodil, cabeza del proyecto y secretaria Técnica de Formación de Recursos Humanos del IIM.

La investigadora señaló que casi todos los implantes para sustituir hueso requieren ser de metal, debido a que tiene las propiedades mecánicas más adecuadas. No obstante, los que poseen una respuesta de biocompatibilidad y que, por lo tanto, son de uso médico, son sólo tres: las aleaciones de titanio, el cobalto-cromo y el acero inoxidable.

A escala mundial ha ganado terreno el titanio, aunque México no es un productor del metal y ni siquiera de los implantes, por lo que son extremadamente caros. Para obtenerlos, “dependemos de la importación”.

Ante ese panorama “la idea es buscar una alternativa, un metal o sustrato como el acero inoxidable, que sí se produce en el país, para fabricar los implantes y luego colocarles un recubrimiento, una especie de pintura especial que les brinde las mejores propiedades de biocompatibilidad y resistencia a la corrosión, y con el que las células interaccionen bien y permita su funcionamiento idóneo”, explicó la científica.

Se han estudiado diferentes óxidos metálicos, como los de circonio, tantalio y niobio. “Analizamos desde la resistencia a la corrosión que proveen, hasta la interacción con células, bacterias e, incluso, con proteínas”.

Esto porque al colocar un implante el primer fenómeno que se presenta es una adsorción de proteínas en su superficie. Luego interaccionan las células y las bacterias, aunque aquí se pretende que las primeras sean las que empiecen a poblar la superficie de la prótesis y produzcan hueso nuevo para consolidar la unión.

Rodil precisó que también estudian el proceso por el cual las células se diferencian hasta convertirse en un osteoblasto.

“Las mesenquimales son las que pueden diferenciarse a otros fenotipos, una especie de célula madre en donde ella, en interacción con el medio, decide hacia qué tipo cambiar. Queremos que produzca hueso”.

Los resultados de esta investigación básica han mostrado que el óxido de titanio es el más atractivo, el que tiene una mejor respuesta.

Por ello, los esfuerzos universitarios se enfocan a mejorarlo, hasta lograr que una pieza de acero inoxidable recubierta con aquel sea igual que una de titanio, pero más económica.

Así, ese metal no resulta tan caro, porque las capas son muy delgadas –máximo 100 nanómetros de espesor– y no requieren ni el 10 por ciento de lo que necesitaría una pieza sólida.

Su obtención se realiza con la ayuda de una síntesis con métodos asistidos por plasma: mediante un bombardeo con iones, se arrancan átomos de titanio de un material puro y se recolectan como una película sobre el sustrato.

El proceso se llama evaporación física asistida por plasmas. Es como un juego de billar en el que el ion es la bola blanca que impacta sobre un sólido, que sería el material puro de titanio, y le arranca átomos que se depositan, uno a uno, sobre el acero inoxidable.

“En el camino pongo un plasma de argón y de oxígeno, para que reaccione con el titanio que llega y forme la capa de óxido de este metal”.

Rodil y su equipo han descubierto también que desde el punto de vista biológico resulta mejor un óxido de titanio amorfo, es decir, desordenado en su arreglo atómico. Eso tendría impacto en una producción industrial, porque un arreglo cristalino, ordenado, requiere calentar la muestra antes de hacer el depósito y, por lo tanto, una inversión mayor.

“Hemos encontrado que el amorfo promueve más el proceso de diferenciación celular; eso es algo novedoso, no había estudios específicos al respecto”, refirió.

Aunque aún no hay una explicación para este fenómeno, parece ser que la topografía que forman los átomos en cada caso es muy diferente: la del desordenado es suavizada y redondeada, la del cristalino, en picos. Las células, que miden unas cuantas micras, “ven” esa diferencia y parecen estar más “cómodas” en una base redondeada.

Los retos en este proyecto, donde también colaboran especialistas de la Facultad de Odontología de la UNAM y de la Virginia Commonwealth University, Estados Unidos, son muchos y complejos: mejorar la adhesión del recubrimiento al sustrato, su composición química hasta lograr la adsorción de proteínas y maximizar que se peguen las células.

Además, minimizar que se adhieran las bacterias, como las miles que habitan en la cavidad bucal y que atacan a los implantes dentales, lo cual se podría lograr al agregar en el depósito nanopartículas de plata –metal que tiene propiedades antibacterianas que quizá ayuden–, pero sin modificar la respuesta de las células.

Luego, esta investigación (financiada por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología y el Programa de Apoyo a Proyectos de Investigación e Innovación Tecnológica de la UNAM) deberá tener una aplicación real: pruebas de implantes colocados en animales para determinar su funcionamiento a tiempos más largos.