Nueva estrategia para los implantes de hueso

Un 90% de la parte mineral del hueso es un compuesto que contribuye a la dureza llamado hidroxiapatita. Si un hueso se rompe es lógico implantar hidroxiapatita artificial para acelerar la regeneración. Y así se hace. Los médicos implantan un material de vidrio del que se va liberando el mineral. El problema es que el vidrio no se integra totalmente en el hueso y a la larga pueden aparecer tensiones con el tejido óseo, con lo que se separan las dos fases y el vidrio queda danzando.

Para resolver esa pega, Salvador de Aza y su equipo del Instituto de Cerámica y Vidrio del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), en Madrid, ha desarrollado un nuevo material denominado bioeutéctico, en el que hay dos partes: una que libera hidroxiapatita y otra que se absorbe. El resultado es que el hueso se regenera y no existe vidrio en medio. Está en experimentación, pero lo novedoso del abordaje abre las puertas a un campo nuevo en los procesos de implante para regenerar o sustituir el hueso.

Actualmente, se está ensayando en perros el implante del nuevo material

Un equipo investiga un recubrimiento para las prótesis que impida la liberación de iones

Ésta es una de las líneas más novedosas de investigación de este centro, que desde enero tiene una nueva sede en el campus de Cantoblanco de Madrid. De Aza es uno de los 100 científicos que allí trabajan, dedicados a la investigación básica y sus aplicaciones industriales tanto en el campo médico como en otras aplicaciones tecnológicas de la cerámica y el vidrio: electrocerámica, refractarios, recuperación de monumentos históricos, vidrios especiales, tratamiento de superficies y eliminación de contaminantes urbanos e industriales.

"Los avances en la investigación y el desarrollo de los materiales cerámicos y el vidrio han sido espectaculares en los últimos años. El desarrollo de sofisticadas técnicas instrumentales está permitiendo trabajar a niveles atómicos, como los biólogos han llegado a trabajar en la secuenciación del ADN, por lo que es un campo completamente abierto a avances impensables", explica el director del centro, Ángel Caballero.Uno de los proyectos del instituto es el desarrollo de materiales cerámicos para la reparación de huesos dañados. De Aza, químico de formación y ex vicepresidente del CSIC, explica cómo comenzó la investigación: "El reto que nos planteamos fue desarrollar un material con dos fases. Una, bioactiva, capaz de formar hidroxiapatita, y otra, reabsorbible que, con el tiempo, se llegará a integrar totalmente en el hueso". El sistema es la mezcla eutéctica de dos minerales, con un 40% de fosfato tricálcico y un 60% de wollastonita.

Una mezcla eutéctica es aquella en la que los componentes están en una proporción determinada (en este caso 40/60) de forma que se comporta como si se tratara de una única fase pura. Así, la wollastonita y el fosfato pasan de líquido a sólido a la misma temperatura, 1.402 grados centígrados. Y, al solidificarse, da lugar a una microestructura con las dos fases componiendo un entramado similar al que forma el hueso. Encontrar la composición de la mezcla eutéctica y cómo conseguirla costó un año.

Los biomateriales son aquellos materiales destinados a reemplazar o sustituir tejidos dañados o enfermos. Desde la década de los años setenta su utilización se ha incrementado considerablemente. Los biomateriales pueden ser inertes -no interactúan con el organismo-, bioactivos -diseñados para que el cuerpo los reconozca- o bioabsorbibles -se disuelven y son reemplazados por el tejido natural-.

De Aza explica qué ocurre al implantar el material bioeutéctico en un hueso dañado: "La fase de wollastonita se disuelve y es colonizada por los osteoblastos, que son las células encargadas de sintetizar el hueso, y la mezcla de fosfato se transforma en una estructura de hidroxiapatita, similar al hueso poroso". Así se consigue "engañar a las células para que crean que el material es un hueso". El sistema es una mezcla de material bioabsorbible y bioactivo, que da lugar a un entramado como el del hueso. El desarrollo de la estructura fue portada de la revista Journal of Microscopy.

Actualmente, De Aza ensaya el implante de este material en perros: "Con una broca taladramos el hueso del perro e introducimos un cilindro de cuatro milímetros de diámetro y cuatro centímetros de largo. Pasados unos meses lo sacamos para ver cómo ha evolucionado la estructura, y la verdad es que, al cabo de un año, es similar al hueso histológicamente".

El equipo de investigadores también ensaya en ratas, ya que su metabolismo es más rápido y, por tanto, más rápida es la transformación del material en hidroxiapatita". En la investigación colaboran el Instituto de Cerámica de la Universidad de Santiago y el Instituto de Bioingeniería de la Universidad Miguel Hernández, de Elche.

De Aza espera comenzar las pruebas con humanos en dos o tres años. "Si no pensara que esto puede tener aplicación en clínica no seguiríamos con la investigación", señala. Y advierte de que no se podrá usar para reponer huesos largos, que soporten grandes cargas, como el fémur: "El material tarda tiempo en convertirse en hueso, así que en ese periodo no puede estar sometido a grandes tensiones", explica.

Por eso en las prótesis de cadera se usan materiales muy resistentes, como la aleación de titanio, aluminio y vanadio, la de cobalto y cromo, o la de aluminio. Estas prótesis, sobre todo las dos primeras, son inertes y muy resistentes. Pero con el tiempo sufren un fenómeno de corrosión, liberan iones al medio fisiológico que pueden perjudicar al organismo. Es un proceso muy lento, de años, y que empieza a conocerse ahora. "Las primeras prótesis de titanio se comenzaron a implantar hace 15 años. Si se coloca a una persona de 65 años no hay problemas, pero si se le coloca a un chico joven, hemos visto que a largo plazo puede haber problemas", explica Alicia Durán, jefa del departamento de vidrios del Instituto de Cerámica y Vidrio.

Durán, en otra de las líneas, trabaja para limitar esta liberación y mejorar la relación entre la prótesis y el organismo. Para ello ha desarrollado una serie de capas para recubrir los implantes. "Se trata de poner una primera capa de sílice, que evite la liberación de iones. Sobre ella ponemos una capa bioactiva que reacciona con el plasma e induce la liberación de hidroxiapatita, el mineral del hueso", explica.

La investigación se lleva a cabo en ratas. "En una pata le introducimos una barra de la aleación de cobalto y cromo, que es la prótesis más cara que hay en el mercado. En la otra, la misma prótesis recubierta con las dos capas que hemos desarrollado", señala Durán. El resultado es que, "alrededor de la prótesis que no está recubierta aparece una cápsula fibrosa que no tiene vasos sanguíneos. En la recubierta, y gracias a la capa bioactiva, hay un tejido perfectamente vascularizado". Durán añade: "Además hemos comprobado in vitro que la primera capa bloquea la liberación de iones". Las ventajas de este recubrimiento, detalla Durán, es que se reduce la corrosión, la liberación de iones y se mejora la interacción entre el hueso y la prótesis. Pero hay más. "Para una persona mayor, o de países pobres, se podrían usar prótesis de aluminio, que son más baratas, y con el recubrimiento, mejorar su rendimiento".