Síntesis de hidroxiapatita a partir de cáscaras de huevo

La hidroxiapatita es un biomaterial cerámico de vital importancia gracias a su biocompatibilidad. Ello supone que se utilice de forma recurrente en ramas de la medicina como la ortopedia o la odontología, ya que sus características permiten una adecuada interacción de la prótesis (que sustituye partes del cuerpo dañadas o desgastadas) con el medio corporal que lo rodea.

Es necesario elegir una materia prima adecuada para obtener este material. Recientes investigaciones han descubierto como tratamientos térmicos consecutivos del carbonato cálcico obtenido de cáscaras de huevos de gallina puede solucionar ciertos problemas de eficiencia documentados hasta la fecha. El porcentaje en peso de cada uno de los componentes del producto final le dota de una excelente estabilidad.

En rasgos generales, el proceso se divide en los siguientes pasos:

– Molienda de las cáscaras hasta alcanzar partículas de aproximadamente 75 micras.

– 2 horas a 450ºC, nos quedaremos únicamente con el carbonato cálcico.

– 2 horas a 900 ºC, el carbonato cálcico da lugar a óxido de calcio y dióxido de carbono.

– Hidratación, obtengo hidróxido cálcico.

– Adición de fosfato cálcico y última combustión a 1050 ºC: síntesis de hidroxiapatita.

Cada uno de estos pasos fue caracterizado con difracción de rayos X. Mediante esta técnica (representada en un gráfico de barras) se puede identificar cual es la concentración de cada compuesto tras cada fase de combustión, permitiendo tanto determinar la reacción que había tenido lugar, como controlar de una forma más directa las condiciones del proceso.

El porcentaje de hidroxiapatita final es de 39 %, 31% de hidróxido de calcio y 30 % de óxido de calcio. Estos resultados aún pueden ser mejorados y está prevista la optimización del proceso

He elegido este post porque me ha llamado la atención como el reciclaje de un producto natural "inservible" puede constituir una forma económica, novedosa y extraordinariamente simple de obtener un compuesto capaz de contribuir a la salud de las personas.

 

      

                     

                             

      

 

http://aprendeenlinea.udea.edu.co/revistas/index.php/materiales/article/view/19370/16556

 

 

 

 

 

Modulación del microambiente tumoral para tratamiento de cáncer: una aproximación en biomateriales.

Recientes avances en la investigación oncológica han revelado la importancia del estroma o microambiente tumoral en el desarrollo de masas carcinogénicas. Mediante el empleo de biomateriales ha tratado de recrear "in vitro" la estructura 3D de la matriz carcinogénica, con el objetivo de comprender en más profundidad la fisiología y evolución del cáncer, así como del mecanismo subyacente en la metástasis. Por otra parte, los biomateriales han demostrado ser una herramienta eficaz en el transporte de drogas quimioterapéuticas de forma específica al tejido o zona afectada.

En primer lugar, el uso de biomateriales ha permitido revolucionar los estudios de cáncer "in vitro" mediante la construcción de modelos 3D con ciertas ventajas sobre los 2D en placas Petri. Mediante el recreamiento de la arquitectura tridimensional del cáncer de forma realista, se está consiguiendo comprender mejor las propiedades biológicas y mecánicas de los tumores, así como la distribución de los fármacos anticancerígenos en la zona afectada. El empleo de matrices de sustancias como Matrigel, PEG, colágeno, ácido hialurónico o fibroína (entre otros), ha permitido generar modelos 3D a medida para estudios de diferentes carcinomas. Esto ha supuesto un mejor entendimiento de elementos fundamentales del proceso tumoral como las interacciones intercelulares, la resistencia  a fármacos existente, los estadíos del proceso metastático o la angiogénesis

Sin embargo, las aplicaciones de los biomateriales no se limitan al ámbito de los modelos "in vitro". El descubrimiento de la importancia del estroma en la generación de condiciones favorables para el tumor ha llevado al empleo de NPs (nanopartículas) compuestas de biomateriales degradables, como el chitosán. Esta aproximación permite modular el microambiente con la liberación controlada de moléculas terapéuticas y reduce la toxicidad mostrada en las NPs tradicionales. En el artículo se mencionan algunas aplicaciones interesantes de las NPs, como la liberación de moléculas que permitan inducir apoptosis en las células tumorales o la activación del SI mediante la liberación de antígenos anti-tumorales unidos a micropartículas. Estos usos permiten la eliminación de las células diana y facilitan su reconocimiento por las células del SI, que conllevará una respuesta.

Para finalizar, este artículo demuestra la importancia de la matriz tumoral en la evolución del cáncer. En relación a ello, es patente el potencial de los biomateriales en el estudio de la evolución tumoral mediante modelos 3D y en la liberación dirigida de diversos fármacos. Parece claro que, conforme aumente el conocimiento en el área de los biomateriales, se generarán modelos capaces de simular casi a la perfección la respuesta de un tumor real ante unos estímulos o condiciones. Con ello se lograría arrojar nueva luz sobre procesos aún no dilucidados, como la bioquímica de la metástasis y se allanaría el camino hacia el descubrimiento de fármacos nuevos y más eficaces.

 

Diferencias 2D-3D

Página de internet consultada: 

http://www.mdpi.com/2079-4983/6/1/81 (Fecha de consulta: 16/04/2015).

Bibliografía:

Adjei IM, Blanka S. (2015). Modulation of the tumor microenvironment for cancer treatment: a biomaterials approach. Journal of Functional Biomaterials, 6, 81-103.

Injerto de células con un nuevo biomaterial que revierte los síntomas de la diabetes

La diabetes de tipo I es una enfermedad que afecta a un gran número de personas en el mundo; consiste en la baja o nula producción de insulina por parte del páncreas Las líneas de investigación del Instituto de Georgia de Tecnología en colaboración con la Universidad de Emory podrían revertir esta situación. 

Sus equipos de investigación desarrollaron un nuevo biomaterial que protege y rodea un injerto de células productoras de insulina a la hora de introducirlas en el cuerpo. Esto es muy importante porque previene de cualquier tipo de rechazo al injerto por parte del paciente. El biomaterial consiste en un hidrogel compatible con los tejidos biológicos, de forma que constituye un prometedor vehículo de administración terapeútica. 

Una vez introducido en el cuerpo nuestro islote de células productoras, el hidrogel se degrada de forma controlada liberando un factor de crecimiento que promueve la formación de vasos sanguíneos. Esto es esencial porque genera la conexión de nuestro islote con el resto del cuerpo (gracias a los vasos), permitiendo así la distribución de la insulina por el torrente sanguíneo.

Esta nueva técnica ha resultado exitosa en experimentos en ratones, ya que se conseguían injertos viables y funcionales. Pero aun posee limitaciones, ya que no se han abordado las cuestiones de aceptación inmunes por parte de humanos; ya que los ratones empleados eran genéticamente idénticos. Por ello, la línea de investigación todavía sigue abierta.

Fuente:

http://www.noticas-medicas.com/items/view/24936

http://www.isaude.net/es/noticia/34838/ciencia-y-tecnologia/injerto-de-celulas-usando-nuevo-biomaterial-revierte-los-sintomas-de-la-diabetes

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25372281

 

Crean un biomaterial capaz de hacer proliferar células neurales que favorece la regeneración cerebral

La reparación de daños en el sistema nervioso central (SNC) constituye una gran aspiración de la medicina regenerativa, pero también representa un enorme desafío por la gran cantidad de dificultades que plantea. Uno de los retos que la ingeniería de tejidos debe afrontar es la recreación de los nichos de células madre neurales, los cuales desempeñan un papel crucial y complejo en la regeneración del SNC. Dichos nichos constituyen reservorios de células madre para la producción de nuevas células neurales tras el desarrollo embrionario, y ejercen un estricto control sobre tareas cruciales como la estimulación del crecimiento celular y la recreación de señales bioquímicas esenciales para la diferenciación celular neural.

Investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña y de la Universidad de Barcelona han logrado crear un biomaterial que imita con mucha precisión el scaffold de los nichos de células madre neurales y sus características bioquímicas. Este material ha sido probado en el cerebro de ratas postnatales, donde ha demostrado su eficacia al permitir la vascularización del implante, la neurogénesis y la integración y diferenciación de las células madre neurales generadas por el biomaterial, las cuales, además, demostraron su supervivencia a largo plazo.

El biomaterial empleado fue el PLA70/30, un polímero biodegradable compuesto por ácido poliláctico en sus formas isoméricas L y D/L en una proporción del 70% y 30%, respectivamente. Esta composición del polímero, junto a su presentación en forma de películas microdelgadas, demostró poseer las propiedades mecánicas y de superficie adecuadas para una buena adhesión, proliferación y diferenciación de las células neurales, además de presentar la ventaja de ser más amorfo y degradarse más rápido. No obstante, la característica clave del PLA70/30 es que su degradación produce la liberación de L-lactato, un substrato oxidativo alternativo para las células neurales que permite el mantenimiento de las células progenitoras neurales in vitro.

Estos resultados sugieren que la recreación tridimensional de la arquitectura de los nichos de células madre neurales en estructuras de PLA70/30 puede ser un buen punto de partida para el diseño de dispositivos implantables en el cerebro que potencien la respuesta regenerativa in situ del SNC, induciendo la producción o activación de células madre neurales para producir nuevas neuronas. La posibilidad de la regeneración cerebral abriría las puertas hacia nuevas estrategias para la reparación de daños causados por accidentes, además de los provocados por otras afecciones como los derrames y enfermedades degenerativas como el Parkinson y el Alzheimer.

Referencias:

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Neurogenesis+and+vascularization+of+the+damaged+brain+using+a+lactate-releasing+biomimetic+scaffold

http://www.ub.edu/web/ub/es/menu_eines/noticies/2013/01/075.html

http://www.infosalus.com/actualidad/noticia-crean-biomaterial-capaz-hacer-proliferar-celulas-neurales-20130129182722.html

La revolución del material natural más fuerte descubierto.

Recientemente, se ha descubierto un nuevo biomaterial presente en los dientes de lapas que es aún más fuerte que la tela de araña (hasta la publicación de este articulo el material natural más fuerte del mundo).  Esta investigación ha sido llevada a cabo por investigadores de la Universidad de Portsmouth, en la que se han realizado diferentes pruebas para analizar las propiedades mecánicas de este material.

Se trata de los dientes de un tipo de lapa que están compuestos por una estructura de nanofibras de goethita. La goethita es un mineral del tipo oxihidróxido que contiene en su mayoría hierro y además puede contener manganeso, la dureza de este mineral está entre 5-5,5. Mediante microscopía de fuerza atómica se ha determinado que la tensión que puede aguantar el biomaterial es de 3-6,5 GPa y además se ha observado, con otros de los experimentos realizados sobre este material, que la fuerza de tensión parece ser independiente del tamaño de la muestra. Si comparamos con la tela de araña vemos que las propiedades de los dientes de las lapas están mejoradas, mientras la tela de araña suporta 4,5 de tensión y tiene un módulo elástico de 10 Gpa, los dientes de lapa llegan a soportar 4,9 de tensión y tiene un módulo elástico de 30 GPa. Este material además es comparable con las fibras de carbono más resistentes del mercado que alcanzan una tensión de 6,5.

 Por lo tanto, nos encontramos frente al descubrimiento que puede suponer una revolución en el ámbito de los biomateriales, comparable con las fibras de carbono más fuertes que se están empleando. Además de su gran dureza, se ha comprobado (en pequeña escala) que esta propiedad es independiente del tamaño de la muestra, lo que puede suponer grandes avances tecnológicos ya que por lo general cuanto mayor es la muestra de un material mayor debilidad presenta dio material. Aún hay que hacer grandes investigaciones con este material pero se espera que pueda tener importantes aplicaciones como formar parte de estructuras de aviones, coches de Fórmula 1 y también se espera que tenga aplicaciones biológicas como refuerzo o implantes de dientes o huesos.

The theeth of limpet

Fuente:

http://phys.org/news/2015-02-scientists-strongest-natural-material.html

http://rsif.royalsocietypublishing.org/content/12/105/20141326

http://inhabitat.com/scientists-discover-the-worlds-strongest-natural-material/

 

Nanoestructuras de Titanio antibacterianos para implantes óseos

Investigadores de la Universidad Complutense de Madrid del grupo de investigación de Biomateriales Inteligentes (CIBER-BBN) e investigadores del CSIC han hallado la manera de evitar que en los implantes óseos se forme el biofilm (película de bacterias). Este avance reduce el riesgo de infección que es muy alto en las intervenciones quirúrgicas (2 de cada 100) y de rechazo.

La novedad consiste en recubrir de nanocolumnas de titanio la superficie de los implantes óseos imitando la superficie observada en las alas de cigarras y en las hojas de la flor de loto.

Estas nanocolumnas tienen un comportamiento antibacteriano pues evitan la adhesión y proliferación bacteriana. Sin embargo, estas no afectan a la biocompatibilidad pues permiten que las células regeneradoras del hueso, los osteoblastos, sigan proliferando.

Hay que tener en cuenta que el titanio es uno de los materiales más compatibles con el cuerpo humano ya que es bioinerte. Además sus buenas propiedades como la resistencia a la corrosión y su menor densidad comparado con el acero inoxidable y otras aleaciones lo hacen más apto para los implantes óseos.

El método para formar el recubrimiento nanoestructurado de las prótesis se denomina pulverización catódica o sputtering ya empleado a escala industrial en la producción, por ejemplo, de paneles fotovoltaicos o espejos. Es relativamente sencillo de hacer sobre las prótesis óseas, pues presentan varias partes planas sobre las que formar las columnas inclinando el material, siendo más difícil por ejemplo sobre los implantes dentales.

Esta innovación que es la base del proyecto NANOIMPLANT ha sido ganadora del concurso de innovación biomédica IDEA2 Madrid en la edición del  2014.

sin recubrir

A la izquierda el implante sin recubrimiento. A la derecha las bacterias adheridas en verde y en azul el biofilm formado.

recubierto

A la izquierda el implante recubierto con las nanoestructuras de titanio y  a la derecha las bacterias adheridas en verde. Se observa un menor número de estas y además que no se forma biofilm.

Nanocolumnar coatings with selective behavior towards osteoblast and Staphylococcus aureus proliferation Acta Biomater. 2015 Mar; 15:20-8. doi10.1016/j.actbio.2014.12.023. Epub 2015 Jan 5.

red.escubre. Boletín de Noticias Científicas y Culturales: http://raing.es/sites/default/files/Nanoestructuras%20antibacterianas%20de%20titanio%20-%20Maria%20Vallet%20-%20Redescubre%20N%C2%BA42.pdf

CARMART Heart – Corazón artificial

 

Los intentos de fabricación de corazones artificiales no ha tenido tregua desde el comienzo del s.XXI. En 2013 llegaría a la luz el mejor de los conseguidos hasta ahora, tras 15 años de investigación de mano de CARMAT.

Dicho corazón es una prótesis que genera una circulación sanguínea a nivel fisiológico y que pretende asegurar la mayor independencia posible del paciente.

Con este fin, el corazón se encuentra diseñado para imitar a la perfección el funcionamiento cardiaco humano, consiguiendo adaptarse autónomamente (sin ningún tipo de control externo) a la actividad que esté llevando a cabo el portador.

Image-Biomembranes


Dos unidades de la bomba motor (A) alternativamente succionan e inyectan fluido a las cavidades centriculares (B) moviéndose así la biomembrana (C). Cuando el compartimenteo hidráulico se vacía, la retirada-relajación de la biomembrana consigue succionar la sangre en dirección al ventrículo. Cuando es llenado, la biomembrana bombea la sangre hacia las arterias. Admisión biológica (D) y expulsión por lasválulas (E) garantizan que la sangre fluya solo en una dirección.

 

Esta prótesis presenta una composición en cuanto a materiales que trata de reducir riesgos de incompatibilidad y rechazos. Estos materiales son titanio y tejidos de origen biológico. Partes en contacto con la sangre tendrían unas características hidrofóbicas de manera que evitamos adherencia de células sanguíneas. Esta constitución de la prótesis trata de mejorar la hematocompatibilidad evitando el rechazo ocurrido con prótesis fabricadas con materiales artificiales capaces de generar coágulos sanguíneos, lo que multiplica riesgos de accidentes cardiovasculares.

Para suplir las distintas actividades realizadas por el paciente, está dotado de sensores electrónicos y de un complejo sistema electromecánico que detecta si el paciente está de pie, sentado o tumbado, y su presión venosa y arterial ligada a su actividad, lo que le permite adaptar la frecuencia cardiaca ante las condiciones fisiológicas.

La prótesis en la actualidad cuenta con un peso que es tres veces superior al de un corazón humano y con una independencia de unos 5 años, 230 millones de latidos.

Dicha prótesis, así como todas sus últimas actualizaciones parece ser la mejor de las opciones para pacientes terminales que no pueden aspirar entrar a una lista de trasplantes.

Hoy día son varias las entidades que han practicado trasplantes de este tipo de prótesis, siendo el primero en diciembre de 2013 en el hospital francés Georges – Pompidou (París).

 

Fuente:

http://www.carmatsa.com/en/carmat-heart/heart-failure/pathology

http://www.rtve.es/noticias/20131220/trasplantan-exito-francia-primer-corazon-artificial-tecnologia-espacial/829642.shtml

Discos de hidroxiapatita empleados como sistema de liberación de fármacos

El desarrollo de biomateriales compuestos como sistemas de liberación de fármacos ha provocado un gran interés en las últimas décadas por parte de especialistas médicos debido a sus ventajas que permiten en la práctica. Una de estas ventajas consiste en la mejora de la aplicación local de medicamentos que permiten obtener efectos quimioterapéuticos con cantidades inferiores de fármacos.

El grupo de biomateriales de mecánica del ISPJAE llevó a cabo una investigación destinada a la obtención de discos de hidroxiapatita sintética de pequeño espesor con porosidad variable mediante un proceso de fabricación de prensado y sintetizado sin adición de formadores de poros, a los cuales se doparon con un método de sobrepresión con un polímero natural como es el alginato de sodio y un fármaco (ceftazidima). El objetivo principal era demostrar las posibilidades de utilizar estos discos como sistema de liberación controlada de fármacos.

Para demostrar esta hipótesis se realizó un método a partir de diferentes muestras con variabilidad en la porosidad de hidroxiapatita relacionando la infiltración del alginato de sodio y la liberación de la ceftazidima. Los resultados obtenidos permitieron determinar que la liberación de la ceftazidima estaba coordinada con la morfología y porosidad de los discos de hidroxiapatita. Concretamente en las curvas de liberación obtenidas en las gráficas indicaban un período de siete días en los cuales el medicamento se liberaba controladamente.

Por lo tanto se pudo demostrar la utilidad de estos discos infiltrados con el polímero que encapsula el fármaco como sistema de liberación controlada para una posterior aplicación.

IMAGEN

Fuente: http://scielo.sld.cu/scielo.php?pid=S0864-03002013000300001&script=sci_arttext

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nuevos biomateriales: estudio in vivo del carburo de silicio como material osteointegrador

En el ámbito de la traumatología se investiga desde hace años el uso de los mejores materiales biocompatibles con el hueso humano. Este estudio, basado en estudios in vivo en conejos, evalúa las propiedades del carburo de silicio biomórfico (SiC) para ser utilizado como implante ortopédico.

Este material es una cerámica, obtenida a partir de estructuras vegetales (pino, sapeli…) cuya microestructura porosa imita la del tejido óseo. Se pretende valorar su capacidad osteointegradora, y los resultados se comparan con materiales de control de titanio.

Para llevar a cabo el estudio se insertan cilindros de carburo de silicio en el fémur de los conejos, y se mantienen durante  12 semanas. A continuación se observa la morfología de los implantes mediante SEM y se evalúan parámetros como la distancia entre el implante y el hueso formado, la composición del hueso o el grado de mineralización. El estudio se lleva a cabo con tres muestras distintas, que presentan distinto tamaño de poro y distribución de los mismos; cilindros de SiC obtenidos a partir de pino (poros más pequeños y ordenados), de sapeli (poros más grandes e irregulares) y cilindros de titanio como control.

Los resultados obtenidos muestran que el crecimiento de hueso neoformado es similar en las cerámicas y en el titanio, además, en el caso de las cerámicas el hueso penetra por los poros de las mismas, lo cual es una ventaja frente al titanio. Ambos materiales presentan un buen crecimiento de las trabéculas óseas, tanto en la superficie como en los poros. En cuanto a la mineralización del hueso, el titanio sigue siendo el material más ventajoso.

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En conclusión, no se observa crecimiento de tejido fibroso ni reacción inflamatoria entre el implante y el hueso, además el tejido óseo penetra en la estructura porosa del implante (ventaja frente al titanio), lo cual sitúa al SiC como uno de los biomateriales del futuro para la osteosíntesis.

Fuente:

Revista trauma: http://www.mapfre.com/fundacion/html/revistas/trauma/v25n4/contenido-8.html

Diseñan un biomaterial que neutraliza la degeneración macular y podría evitar la ceguera

La degeneración macular asociada a la edad (DMAE) es la primera causa de ceguera en la población anciana mundial. Se produce debido a daños en la mácula, situada en el centro de la retina y cuya degradación hace que la visión pierda nitidez y se vuelva turbia y borrosa.

Un grupo de investigación del Instituto de Cerámica y Vidrio (ICV) del CSIC podría haber encontrado un tratamiento que frenase el avance de esta enfermedad. En el proyecto, llamado BIODMAE, han diseñado un nuevo biomaterial formado por la asociación entre óxido de titanio (TiO2) (cerámica orgánica) y el polimetilmetacrilato (PMMA, polímero inorgánico) que neutraliza la inflamación de los vasos sanguíneos del ojo que provocan esta degeneración.

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Este nuevo biomaterial no altera el correcto funcionamiento del ojo: no elimina la inflamación (pues ésta constituye un mecanismo de defensa natural del sistema inmune), sino que la equilibra. Además, el polímero ha sido testado con anterioridad y se sabe que es biocompatible con el cuerpo humano y que por tanto no provoca rechazo, característica imprescindible para poder usar un material en el cuerpo humano.

El biomaterial se está probando en el Instituto de Ingeniería Biomédica (INEB) de Portugal gracias a un biorreactor que recrea el ámbito interno del ojo y que pone en contacto el óxido de titanio con un cultivo de células y otros compuestos químicos para probar su eficacia. De momento, está cumpliendo su función sin generar ningún tipo de rechazo. Si en los próximos meses los resultados de estas pruebas son positivos se pasaría a la fase preclínica, con ensayos en animales.

 

Actualmente los únicos tratamientos para la degeneración macular son opciones agresivas y que merman mucho la calidad de vida del paciente, según explican desde el ICV-CSIC. Si finalmente llegara a la práctica clínica, el implante de este nuevo biomaterial se introduciría en el ojo mediante una pequeña operación quirúrgica y supondría el fin de dichos tratamientos. Además, hay que tener en cuenta que el proceso de producción de este material es barato, lo que facilitaría la puesta en marcha de este tratamiento.

 

Aunque aún están en fase de experimentación, se están obteniendo resultados muy prometedores que podrían poner fin a la larga duración y los efectos secundarios de los tratamientos actuales.

 

Fuentes:

http://www.abc.es/salud/noticias/20140602/abci-degeneracion-macular-tratamiento-201406021650.html

http://www.agenciasinc.es/Noticias/Un-nuevo-biomaterial-podria-frenar-el-avance-de-la-degeneracion-macular