VIDA CIENTÍFICASe inicia esta sección con la habitual serie dedicada a

los Nuevos Materiales. El Dr. Herrero, de la Clínica Puer

ta de Hierro, y la Dra. Fernández Hernando, de la Secciónde Químicas de nuestra Facultad, describen un tipo demateriales, artificiales y de origen biológico, llamadosbioinateriales, de gran importancia para los seres humanos, porque no sólo han alargado su esperanza de vidasino que han mejorado con mucho la calidad de la misma.De una manera amena y exhaustiva, los autores describenlos materiales que sirven para fabricar los biomateriales,las propiedades físicas y químicas, composición, etc..necesarias para garantizar la biocompatibilidad, y lasaplicaciones en implantes médicos. Proporcionan, además, información sobre los grupos españoles que trabajan en este campo de investigación para los lectores interesados en ello.

En cuanto a las Colaboraciones, los profesores Garijo yDe Mana nos han proporcionado un ameno trabajo sobrela importancia de los números y de la geometría, no sólopara los que aman las matemáticas, smo como fomia delenguaje de la propia naturaleza y, también, como forma deexpresión de pintores, escultores, arquitectos, etc., todoello acompañado de bellos ejemplos (las proporciones delcuerpo humano, las dimensiones de las pirámides de Egipto, la distribución de figuras en algunos cuadros, etc.).En el área de Física, hemos incluido la conferencia del

Prof. Rosner en el acto de su investidura como Doctor

Honoris Causa de la UNED (La inesperada efectividadde la investigación fuera de su campo específico), y enel área de Química, la del Prof. Jerez (El carbón: ¿unmaterial noble o innoble?) en el acto académico en

honor del Patrón de la Facultad de Ciencias, San Alberto Magno.

En nuestros apartados Novedades científicas. Semblanzas de los Premios Nobel y Efemérides, hemos tenido la apreciada colaboración de algunos nuevos profesores de la Facultad que no están en el Consejo deRedacción y que nos han proporcionado trabajos sobreel centenario de Gibbs, la semblanza de los Premios

Abel y Medallas Fields, etc., descargando así a los infatigables miembros del Consejo de Redacción de sus tareashabituales en este menester. Tanto a unos como a otros

les agradecemos sus aportaciones.En cuanto al apartado de Las mujeres y la Ciencia,

además de la habitual semblanza de las mujeres PremioNobel, que esta vez ha corrido a cargo del Prof. Sum-mers y corresponde a Irene Joliot-Curie (Premio Nobelde Química en 1935), hemos incluido algunas noticias ypublicaciones que pueden ser de interés general sobreeste tema. Aprovechamos la ocasión para que aquelloslectores que dispongan de alguna información que quieran difundir, teniendo en cuenta la periodicidad de larevista, se dirijan a la dirección de la misma propocio-nando dichos datos.

Por último, en Colaboraciones de otras ramas de!

saber, el Prof. Ángel Arqueros, tutor en el Centro Asociado de la UNED en Almería, nos ha hecho llegar unacolaboración sobre La UNED en la narrativa española,en la que describe cómo se percibe la UNED desde fuerade su comunidad universitaria, poniendo como ejemplotres novelas y una película. Estoy segura de que los lectores pasarán un rato placentero.

NUEVOS MATERIALES

Biomateriales; investigaciónen permanente desarrollo

Durante siglos, cuando los tejidosestaban enfermos o presentabandaños, los galenos tenían muy pocosrecursos paia reemplazar la funcióndañada. La eliminación de articula

ciones, dientes u órganos sólo conseguía una mejora marginal en lacalidad de vida de la persona afectada. Fue sólo, durante el último siglo,con el descubrimiento y aplicación

de los antisépticos, antibióticos,ane.stesia y otras tecnologías médi

cas, cuando se produjo un aumentoconsiderable de la calidad y expectativa de vida. Es también a principios del siglo XX cuando son desarrolladas e implantadas las primerasplacas óseas para la fijación de fracturas.

En el último siglo, materiales artificiales y otros modificados de origen biológico han sido empleadospara reemplazar partes de nuestro

organismo. Estos materiales especia

les, capaces de cumplir su función encontacto íntimo con tejidos vivos ysin prácticamente rechazo por losmismos, son llamados biomateriales.

Los diseños o modificaciones inge-nieriles de los mismos son llamados

dispositivos biomédicos o implantes.Algunos de los avances en el

desarrollo de nuevos materiales en

otros campos científicos ajenos a lamedicina, se aprovecharon, juntocon las nuevas técnicas quirúrgicas,para reemplazar vasos sanguíneos ymarcapasos en los años 50, prótesiscardiacas y la articulación de la

cadera en los años 60.

100cias@unecl

A pesar de las mejoras espectaculares que supuso la introducción delos implantes para reemplazamientode articulaciones dañadas, o incluso,

a pesar del avance debido a la implantación de las prótesis cardíacas,los cirujanos identificaron y describieron desde el principio la presenciade numerosos problemas derivados dela composición básica del biomaterialy de los diseños de los implantes. Enmuchas ocasiones se producía la pérdida prematura de la función protésica, evidenciada en el fallo mecáni

co y en la baja o nula integración conlos tejidos circundantes. Es decir:baja biocompatibilidad.La selección del biomaterial, dise

ño y biocompatibilidad siguen, aunhoy en día, siendo los tres aspectosprimordiales de investigación en losdispositivos de implante médicos, yaque en muchos casos no hay soluciones válidas para ciertas patologías.Aunque se debe tener en cuenta que

la misión de estos dispositivos esmejorar la carencia básica del paciente (en ningún ca.so son la solucióndefinitiva y curativa), compete a losequipos multidisciplinares de investigadores en este campo aumentar lavida media y el rendimiento de losmismos, lo que conllevaría una mejora en la calidad de vida de los pacientes y, desde el punto de vista económico, una disminución en el gasto dela seguridad social.

Conseguir órganos artificiales, articulaciones y otras parles críticas denuestros cuerpos capaces de sustituiradecuadamente a los originales es unreto difícil de conseguir. La investigación continúa para reemplazar omejonir la función de nuestros tejidosóseo, sanguíneo, nervioso, etc. Algunos implantes de uso diario incluyenprótesis ortopédicas (cadera, rodilla),sistemas de fijación ósea (placas, clavos); prótesis cardiacas, marcapasos,stents vasculares; piel artificial;

implantes dentales; o bien aplicaciones cosméticas como las prótesis demama o las lentillas (Tabla 1).

Debido a que la vida media de lapoblación ha aumentado considerablemente en el último siglo, lasenfermedades degenerativas y crónicas son un aspecto relevante deinvestigación en la medicina moderna. Otro aspecto importante son losproblemas derivados de traumatismos (accidentes laborales y de tráfico, deportes...). Se pronostica que elaumento de empleo de prótesis crecerá a un ritmo de un 6% anual, con

unos costes asociados de un 10%. El

número de implantes en el mundooccidental es considerable, estimán

dose en un 10% las personas que llevan algún tipo de implante. En Europa, dos ejemplos claros que indicanla gran repercusión económica ysocial son el empleo de unas 40.000prótesis cardíacas y unas 275.000prótesis de cadera que son implanta-

Tabla 1

Algunas aplicaciones de distintos materiales sintéticos y naturales en medicina

BiomaterialAplicación

Sistema oseo

Reempiazamiento de articulacionesFijación de fracturasCementos óseos

Rellenos óseos

Tendones y ligamentos artificialesImplantes dentales

Titanio, Ti-Al-V, acero inoxidable, polieiilenoAcero inoxidable, aleaciones de CoCrMo

Polimelil-metacrilato

HidroxiapalitoTeflón, Dacron

Titanio, alúmina

Sistema Cardiovascular

Prótesis cadiacas

MarcapasosStents

Reempiazamiento de vasos

Tejido biológicos, carbono pirolitico, titanioTitanio, platino, alúminaAleaciones Ni-Ti, acero inoxidable

Tefión, Dacron, poliuretano

Organos artificialesCorazón artificial

Piel artificial

Riñon artificial

Hígado artificial

Poliuretano. titanio, Dacron

Colágeno-siliconaCelulosa, poliacrilonitriloPoliacrilonitrilo, celulosas

Otros dispositivosCócleas artificiales

Lentes intraoculares

Lentes de contacto

Cosméticos

Suturas

Electrodos de platinoHidrogeles, polimetilmetacrilatoHidrogelesSilicona

Poliamidas, Teflón

It li I "■

Marcapasos, prótesis cardíaca y prótesis de cadera. Todos ellasfabricadas con diversas aleaciones metálicas. El disco de la prótesis cardíaca está recubierto de carhonoirolítico.

y 25; las aleaciones de forja decromo-coballo-moiibdeno (Co-Cr-Mo) y las de otras aleaciones de Cr-Co (conocidas como F75, F799,F90, F562), que contienen principalmente 58-69% de Co y 26-30%,diferenciándose en el modo del procesamiento metalúrgico y los diferentes metales que en cantidadesmuy pequeñas son adicionados parala estabilización de la microestruc-tura. Todas estas aleaciones de Cr-Co son muy resistentes a la corrosión en un medio salino, como esnuestro propio organismo. Suempleo principal lia sido en odontología y en prótesis articulares quesoportan grandes esfuerzos mecánicos, como son la rodilla y la cadera.En algunos modelos los vastagos deéstas prótesis se fabrican con aleaciones de cobalto.

das anualmente. Teniendo en cuentaque sólo el 15% se fabrican en Europa es fácil entender el fuerte impacto económico que se proyecta sobrenuestro sistema de salud.

En este aitículo nos proponemosseñalar con qué materiales se fabrican los biomateriales. Las características físico-químicas y la composición de los materiales sintéticos, comoaquellos derivados de sustancias naturales, serán las que proporcionen laspropiedades de biocompatibilidad acada uno de los dispositivos médicos. En este caso, por biocompatibilidad entendemos el correcto funcionamiento de cada implante en suaplicación específica. Es decir, queuna prótesis de cadera, por ejemplo,cumpla .su función ortopédica sinproducir daño tisular ni reaccionestóxicas y que, por supuesto, supla lafunción de la articulación sustituidade la mejor foniia posible.

Existen, por tanto, cuatro grandesgrupos de materiales empleados:metálicos, cerámicos, poliméricos ysustancias de origen natural.

METALES

Los implantes que llevan algúntipo de metal en su estructura se

pueden encontrar en casi todos loscampos de aplicación siendo losprincipales destinatarios la ortopedia (prótesis de cadera y rodilla), lacirugía cardiovascular (prótesis cardiacas, stents) y en la cirugía niaxi-lofacial (unplanles dentales). Sinentrar en detalles de su procesadometalúrgico, los materiales másempleados son:

Acero inoxidable 316L

Este acero tiene menos de un0,030% de carbono para evitar laposibilidad de corrosión «in vivo».En este caso, la "L" (Low) indica subajo contenido en carbono. Su composición es 60-65% en hierro aleadocon un 17-19% de cromo y un 12-14% de níquel. La función delcromo también es evitar la corrosión y la del níquel estabilizar unafase concreta de la microestructura.Se emplean fundamentalmente en lafabricación de tomillos, clavos yplacas de osleosínlesis.

Aleaciones basadas en cobalto (Co)

Incluyen a las conocidas comer-cialmente como Hayness-Stellite 21

Titanio y sus aleaciones

Prótesis fabricadas con titaniopuro (98,9-99.6% en Ti, conocidacomo CP Ti) y con aleación de titanio-aluminio-vanadio (TÍ-6A1-4V)son las más empleadas. En el primero, el contenido en oxígeno modifica de fonna considerable las propiedades mecánicas de las mismas. Enlas prótesis fabricadas con estosmateriales se produce una capasuperficial de óxido de TiOi quedetermina resistencia a la corrosión(se conoce como "pasivación") ycontribuye de forma decisiva albuen rendimiento a escala molecular y tisular, es decir, presentan unamagnífica biocompatibilidad. Suprincipal ventaja frente a los anteriores es su baja densidad (4,5g/cm-^) comparado con el acero y lasaleaciones de Co-Cr-Mo (7,8 y 8,2g/cm-\ respectivamente). Tambiénpresenta un módulo elástico (105GPa), prácticamente la mitad quelos anteriores (200 GPa para elacero 316L y 230 GPa para el Co-Cr-Mo, el módulo elástico es unapropiedad intrínseca de cada materia! que relaciona la deformacióndel mismo con la carga aplicada.) Eltitanio y sus aleaciones se empleanen fomia de tomillos en odontología

100cias@uned

para implantes dentales, en formade tornillos y. fundamentalmente,en prótesis de cadera.

Los principales problemas queplantea el uso de metales en el organismo humano son el desgaste y lacorrosión de los mismos y, por otraparte, los derivados de las distintaspropiedades mecánicas que presentanlos huesos y las prótesis. En el primercaso, la corrosión de los metales

puede dar lugar a toxicidad. En elsegundo, las diferencias en el móduloelástico entre el hueso (10-40 GPa) y

los valores comprendidos entre 105 y230 GPa de los metales hacen que ladistribución de carga se dirija hacia elmetal y no hacia el hueso que, de estamanera, pierde su capacidad de regenerarse y da lugar al aflojamiento yfallo protésico.

Actualmente las investigacionesse dirigen a obtener modificacionessuperficiales de los materiales paradisminuir el desgaste; a la búsquedade aleaciones con propiedadesmecánicas similares al hueso y,

finalmente, a los recubrimientos de

los metales con sistemas cerámicos

bioaclivos que permitan una integración adecuada entre la prótesis yel hueso.

POLIMEROS

Los polímeros son moléculas largas, de elevados pesos moleculares,formados por unión covalente de unidades repetitivas denominadas "mo-nómeros". Existen polímeros naturales (DNA, la celulosa, el almidón,

el glucógeno...), pero son los polímeros sintéticos los que presentan

una mayor variedad. La obtenciónde muchos de ellos como productosderivados de la industria del petróleo hace que sean fácilmente accesibles y con un precio competitivo.La selección de un polímero para

una aplicación estará determinadapor las complejas propiedades deestas macromoléculas. Son los

materiales sintéticos que, con diferencia, se emplean en mayor número de implantes, bien por sí mismoso combinados con los demás bioma-

teriales. Las clases de polímeros

empleados hoy en día pueden dividirse en dos grandes grupos: homo-polímeros o sustancias fabricadacon un único monómero; heteropo-límeros, sustancias fabricadas condos o más monómeros. A su vez, en

estos biomateriales se pueden buscar características de estabilidad

permanente o biodegradabilidad ennuestro organismo en función de suaplicación. En sistemas ortopédicosse requieren unas altas prestacionesmecánicas y, en la mayoría de loscasos, que no exista biodegrada-ción. En suturas o sistemas de dis

pensación controlada de fármacosse requerirá que el material se descomponga o degrade de una formacontrolada a medida que cumplansu función.

Dada la gran cantidad de polímeros que se usan hoy en día, reseñaremos algunos de los más importantes.

Polietileno (PE)

Es el material más empleado enmedicina, ya que además de utilizarse para implantes, se emplea parafabricar jeringas, guantes, bolsas ytubos de uso sanitario. En prótesises usado en su forma de elevada

densidad (con baja densidad nosoporta los procesos de esterilización) y elevado peso molecular(350.000-500.000 Dalton). Su aplicación principal es como componente de las prótesis de rodilla y decadera; en ésta última, como com

ponente acetabular. Sus buenas propiedades ante la fricción permitiránun buen deslizamiento a la prótesismetálica femoral. Sin embargo, con

el tiempo, y en función de las características de cada paciente, se puedeproducir un desgaste excesivo delpolímero, liberándose minúsculosfragmentos de PE que dan lugar a lallamada "enfermedad de las partículas", produciendo en el pacienteinflamación y dolor y, por último, elfallo protésico.

Poitpropíleno (PP)

Es un material muy ligero y conbuena flexibilidad. Presenta una

excelente bio-compatibilidad, y unabuena resistencia química y mecánica. Es un tipo de polímero alternativo al PE y empieza a desplazarlo enalgunas aplicaciones. Por tener unasbuenas propiedades a flexión seemplea en forma de suturas, en prótesis de laringe, en fílü-os sanguíneos y en articulaciones de dedos.

Materiales acrílícos

El Polimetilmetacrilato (PMMA)

es el material más utilizado de la

familia de los compuestos acrílicos.Se ha empleado en lentes de contacto e intraoculares, en tubos de tra-

queotomía y drenajes, pero fundamentalmente en cementos óseos

para la fijación de las prótesis decadera y rodilla.

El proceso de elaboración delcemento óseo aerifico se basa en la

polimerización in situ (en el propioquirófano) mediante la mezcla delmonómero melacrilato (líquidoincoloro) y el polímero de polimetilmetacrilato (polvo blanco). Lareacción que se produce es exotérmica (uno de sus principales problemas) y la obtención de un buencemento se basa en las condiciones

de preparación del mismo. Tambiénse pueden formar burbujas en elinterior de la pasta que al fraguar seconvierten en poros que reducirán laresistencia mecánica del mismo ai

ser zonas de formación de grietasque pueden hacer fallar la prótesis.Actualmente se buscan técnicas

para reducir la porosidad (centrifugación, elaboración a vacío) y endisminuir la temperatura de fraguado, es decir, hacer que la reacciónexotérmica de polimerización seabaja y evitar de este modo la necrosis del tejido óseo circundante. Elotro problema importante es que nose fija al hueso, por lo que se producirá la reabsorción del hueso circun

dante con el peligro que esto conlleva para la estabilidad de la prótesis.

Otros derivados acnlicos se emplean como pegamentos biológicos (cia-noacrilatos alquílicos) o como hidro-

geles, sustancias éstas últimas cuyaprincipal propiedad es su gran capaci-

VIDA CIENTÍFICA

dad para absorber agua (hasta un 30%de su peso). Se emplean para fabricarlentes de contacto blandas o como

sustitutos de tejidos blandos.Otros polímeros son ios compues

tos ñuorocarbonos (politetrafluoeti-leno PTFE o Teflon®), materialesde gran resistencia química empleados en ligamentos y tendones artificiales y en prótesis vasculares. Otrosfluorocarbonos se ensayan para sersustitulivos de la sangre. Poliamídas(Nylon) en forma de fibras se empleanpara suturas quirúrgicas; poliésteres,en prótesis vasculares; poliuretanos,formados por combinación desecuencias rígidas con otras flexibles, son empleados en partes de loscorazones artificiales, prótesis vasculares y en cables de marcapasos.Los ácidos poliglicólico y polilácli-co son empleados para suturas reab-

sorbibles. Por último, las siliconas,

polímeros que contienen en su cadena silicio y cuyas características sonsu bajo peso molecular, su baja densidad y que eslructuralmente puedenformar entrecruzamientos, puedensustituir a las gomas por tener unascaracterísticas similares. Por ello, se

utilizan principalmente para sustituirtejidos, ya que al ser moldeablesadquieren fácilmente la forma delcontorno que suplen. Su aplicaciónmás conocida tiene funciones cos

méticas (prótesis de mama).

CERÁMICAS

Los materiales cerámicos empleados en cirugía reparadora puedendividirse en dos grandes grupos, enfunción de su reactividad en el organismo: bioinerles (alúmina, circona)

y bioactivos (fosfatos de calcio, bio-vidrios y vitrocerámicas). Casi lodos se emplean para reparar o reemplazar tejido conectivo duro. Losbioinerles no reaccionan con el tejido circundante, mientras que losbioactivos tienen una reacción química cuyo resultado es la unión realy efectiva con los tejidos para producir hueso. En general, se puededecir que las biocerámicas presentan una excelente biocompatibili-dad. En los fosfatos de calcio, como

por ejemplo la hidroxiapatita, se

pretende que las composicionesimiten la composición mineral delhueso nativo. En estos casos se producirá una oseointegración. Por otraparte, son materiales de gran dureza,pero rígidos y quebradizos, aspectosque influyen negativamente en lasaplicaciones que deban soportarcargas importantes. Por sus malaspropiedades mecánicas se reducensus aplicaciones a recubrimientosde implantes dentales, a implantesen zonas anatómicas sin carga,como el oído medio, y al recubrimiento de prótesis metálicas, principalmente las prótesis de cadera,aunque es un proceso complejo en

continuo desarrollo. Por otra parte,las cerámicas basadas en fosfatos de

calcio se emplean en el relleno dedefectos óseos y en el recubrimiento de prótesis metálicas, como es elcaso de la hidroxiapatita.

Cerámicas inertes

El uso extensivo de la alúmina

(ALO;*) y de la circona (ZrO:) hasido posible gracias a los avances en

la tecnología de procesamiento deltamaño de grano del material sinteri-zado. Tamaños de grano de 2 pmhan mejorado el comportamiento delos dispositivos fabricados con alúmina. Presentan una buena resisten

cia mecíínica y estabilidad ante lacorrosión y desgaste, no son tóxicasy tienen una buena biocompatibili-dad. Sin embargo, la circona tieneun mayor desgaste y se han encontrado impurezas radiactivas en elmaterial en Ibnna de polvo puro, locual ha limitado su uso. El empleoprincipal de las cerámicas inertes espara prótesis de cadera. En éstas, seproduce la combinación de tres bio-materiales por excelencia: un vásta-go metálico, una cabeza de cerámicay un componente acetabular depolietileno de elevado peso molecular. También se ha usado la alúmina

policristalina en implantes dentales,si bien los fallos debidos a la fragilidad del tipo policristalino condujo ala investigación y al empleo del tipocristal único, tipo zafiro, con mejores resultados. También se han

empleado en reconstrucción maxilo-

facial, en prótesis de oído medio, enprótesis de rodilla y para tornillos defijación en ortopedia.

Fosfatos de calcio

Se han empleado en odontologíay medicina desde hace más de 20años, en ortopedia, en el tratamiento

periodental, en cirugía maxilofacialy en oton-inolaringología. Son muyversátiles y, dependiendo de lanecesidad de emplear un materialreabsorbióle o bioactivo, se puedeobtener en el laboratorio la fase

cerámica deseada. Las fases esta

bles dependen de la temperatura deprocesamiento y de la presencia deagua. A temperatura fisiológica,sólo dos fases son estables: a pHmenor de 4,2, la brusita o fosfato

dicálcico, y a pH mayor de 4,2, lahidroxiapatita.

Biovidrios

Los biovidrios son sólidos amor

fos, a diferencia de los materiales

inertes, la hidroxiapatita y la circona, que son sólidos cristalinos. Estosvidrios activos inducen una respuesta por la cual se unen químicamentea hueso a través de una complicadafase de hidroxi-carbonato-apatitaformada en la superficie del vidrio.Son composiciones muy específicasque contienen NaiO, CaO. PzO? ySÍO2. El principal problema es la fragilidad de esta interacción, querequiere un tiempo muy prolongadode espera hasta que la unión entrematerial y hueso sea la adecuada.Esto, en muchas ocasiones, implicaría para el paciente tiempos de espera difíciles de asumir hasta su recu

peración. Sin embargo, una vezconseguida la unión, la interacciónque se consigue entre el implantebioactivo y el hueso es entre 15 y 40veces mayor que la adherencia quese produce con un material no bioac

tivo como la AI2O3.

La investigación en este campo.se dirige hacia la obtención demateriales con mejores propiedadesmecánicas. Estos nuevos materiales

se llaman vitrocerámicas, y, a dife-

100cías@unecl

renda de los biovidrios, coexisten

en ellas fases amorfas y cristalinas,siendo estas últimas en composiciónel 90% del material.

Otro material de origen cerámicoy con comportamiento similar a losde tipo metálico es el llamado carbono pirolítico. Este material, obtenido a partir de grafito tratado aaltas temperaturas, sirve de recubrimiento a numerosas prótesis, fundamentalmente a las cardiacas. Su

comportamiento en el torrente sanguíneo es excelente, siendo el material que presenta la menor incidencia de fenómenos de trombosis de

todos los implantados en el cuerpohumano.

MATERIALES DE ORIGEN

BIOLÓGICO

Hay toda una serie de situacionesen las que se emplean materiales deorigen biológico como biomateria-les. En su mayor parte, estos bioma-teriales son macromoléculas deriva

das del tejido conectivo aisladas, obien el propio tejido conectivo enforma de membranas, y en amboscasos pueden estar en su formanatural o modificada químicamente.En otros casos, vasos sanguíneos dediversa procedencia y pretratadosquímicamente sirven como prótesisvasculares. De igual forma seemplean determinados tejidos,como la duramadre, el pericardiobovino, las válvulas de cerdos y las

válvulas humanas, para fabricarprótesis cardíacas. En este trabajorevisaremos las aplicaciones actuales, los problemas que plantean y lasperspectivas futuras de las prótesiscardiacas biológicas.Una de las principales caracterís

ticas de ios seres vivos es la capacidad que tienen de reparación. Sonnumerosos los sistemas sintéticos o

artificiales que han sido desarrollados para ser inertes en el organismoy funcionales de por vida. Peroobtener un material inerte es prácticamente imposible por su interacción con el organismo. Por ello, quizás en aquellos casos en los quefuera necesarios reemplazar un teji-

Bioprófesis cardiaca fabricada con tejidobiológico de origen bovino y esiabilizadacon iratamíenios químicos. El soporte deimplantación está fabricado con diversos

polímeros hiocompatihles.

do o función en un organismo conun biomaterial, la situación ideal

sería que éstos cumplieran su función durante un período breve detiempo y fueran degradados por elpropio huésped, a la vez que se formara nuevo tejido que adquiriera suestructura original o nativa.

Casi ningún material sintéticoofrece estas características (exceptoalgunos polímeros biodegradables),siendo ios materiales que ofrecenmayores garantías para que esto secumpla los productos naturales. Enla mayor parte de estos casos se tratade macromoléculas procedentes deltejido conectivo, en una ampliavaiiedad de formas, en su estado

natural o modificadas químicamenteo bien, en otros muchos casos, com

binadas con polímeros o formandoparte de estructuras más complejas,como son las prótesis vasculaies olas bioprótesis cardiacas.

El tejido conectivo está formadopor células y fibras extracelularesincluidas en una matriz viscosa rica

en líquido tisular. Esta matriz extra-celular agrupa a proteínas, como elcolágeno, la elastina, la fibronecti-na, la condronectina, la laminina, ya los proteoglicanos, proporcionando la resistencia lensil y la elasticidad necesarias al tejido, y formandoel soporte estructural sobre el queestán desplegadas las células fijas.Así, los huesos, los vasos sanguíneos,ios tendones, la piel, la córnea, losligamentos o las membranas sero

sas, como el peritoneo, la pleura y elpericardio, son formas de tejidoconectivo.

Casi todos los biomateriales de

origen biológico tienen como baseel colágeno en su foima aislada o enforma de tejido. En estos últimos, laproporción de colágeno es mayori-taria. Algunos autores cifran estacomposición para tejidos ricos encolágeno de la siguiente forma:colágeno 75%, proteoglicanos 20%,elastina <5% (todos en peso seco detejido). En medio acuoso, el porcentaje de agua es del 60% o del 70%.

Estos materiales biológicos sehan empleado como sustitutos deligamentos en forma de haces decolágeno y prótesis vasculares enarterias de pequeño y mediano calibre. También se han empleadocomo materiales biológicos la venaumbilical humana tratada con gluta-raldehído y las arterias carótida ymamaria interna bovina, también

tratadas con glutaraldehído, perocon escaso éxito.

Su empleo principal ha sido enprótesis cardiacas. La sustitución deuna válvula cardiaca enferma poruna prótesis ha mejorado considerablemente la evolución de los

pacientes con enfennedades valvulares. Existen dos tipos de prótesiscardiacas: las metálicas y las biológicas. Las primeras construidasacrnalmente con carbono pirolíticoy, las segundas, con tejidos biológicos estabilizados químicamente.Los tejidos más empleados en estasprótesis son de origen animal (válvulas porcinas y pericardio bovino),aunque también se ha empleadotejido de origen humano. Estos tejidos son estabilizados químicamente-y hasta ahora de forma necesaria-con glutaraldehído. El dialdehídoproduce el entrecruzamiento de lasfibras de colágeno, aumentando deesta forma su resistencia mecánica.

Otras aplicaciones son los sistemas biodispensadores de fánnacos.Actualmente se intentan crear so

portes con base de colágeno u otrasmacromoléculas (proteoglicanos,quitosán,...) que, en combinacióncon diferentes líneas celulares

(aquellas propias del tejido a reem-

plazar) sean capaces de regenerartejidos. Este proceso se conocecomo inaeniería tisular.

LA INVESTIGACION

EN ESPAÑAEN BIOMATERIALES

Actualmente en España existengrupos de gran prestigio, no sólonacional sino internacional, quehacen investigación básica y aplicada en biomaterialcs. Creemos que enningún caso tendrán inconvenienteen atender a aquellos lectores quequieran saber más sobre los temasexpuestos. En el campo de los metales y cementos óseos se puede citar alos Profesores Planell y Gil Mur, dela Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad

Politécnica de Cataluña: en materia

les cerámicos, a la Profesora Vallet

Regí, del Dpio. de Bioinorgánica dela Facultad de Fannacia de la Uni

versidad CompIuten.se de Madrid, ya la Profesora León, del Dpto. deFísica Aplicada de la Facultad deCiencias Físicas de la Universidad

de Vigo; en polímeros, al Profesor

San Román, del Instituto de Química Orgánica del CSIC; en materialesbiomiméticos, al Profesor Cabello,

del Departamento de Física de laMateria Condensada de la Escuela

Técnica Superior de IngenierosIndustriales de la Universidad de

Valladolid; y en materiales de origenbiológico y biocompatibilidad, a losProfesores Olmo, Tumay y Lizarbe,del Dpto. de Bioquímica y BiologíaMolecular de la Facultad de Cien

cias Químicas de la Universidad

Complutense de Madrid. Todosellos, contribuyen de forma activa albuen desarrollo de la ciencia de los

biomateriales en España, como asíha quedado demostrado en el últimocongreso europeo sobre la materiacelebrado en Barcelona el pasadomes de septiembre.

BIBLIOGRAFIA

Las bases de datos que existendisponibles en Internet hacen posible que accedamos a numerosaspublicaciones científicas. La conocida y popular dirección PubMed(www.ncbi.nlm.nih.gov) permitirá

acceder a temas específicos y a lasúltimas publicaciones de los lemasseleccionados. En cuanto a libros

generales y básicos sobre biomateriales y bioingeniería se puedencitar los siguientes:

"Biomateriales: Aquí y Ahora".Editorial Dykinson. M. ValletRegí y L. Muñera (Editores).Madrid (2000).

"Fundamentos de Biomecánica yBiomateriales". Editorial Edicio

nes Ergon. I. Proubasta; J. GilMur y J.A. Planell (Editores).Madrid (1997).

"Biomaterials Science". Editorial

Academic Press. B.D. Ratner,

A.S. Hoffman, F.J. Schoen & J.E.

Lemons (Editores). Nueva York,USA (1996).

"The Biomedical Engineering Hand-book". Editorial CRC Press. J.D.

Bronzino (Editor). Boca Ratón,

Florida, USA (1995).

Eduardo .lorge HerreroSenicio de Cirugía Exjjeriniental de la

Clínico Puerta de Hierro

y Pilar Fernández HernandoDpto. Ciencias Analíticas

COIABORACIONES

La inesperada efectividad de la investigaciónfuera de su campo específico^-^

Ejemplos propios:

Reacciones de nitrógeno y oxígeno sobre SiC y el sistema de

' Discurso pronunciado por el autor en elacto de investidura como Doctor Honoris Cansa

en Ciencias por la Universidad Nacional de Educación a Di.stancia (Madrid. 28 de noviembre de

2002). inspirado, en su Ibrmato, en el ensayo deE. Wigner (1959); '"The Unreasonable Effeclive-ness of Miithcmatics in tlie Natural Sciencies";

capítulo 17 de "Synimetry amt ¡icftcciions-Scieniific Esxays": Indiana Universiiy Press(1967).

- Traducido de la vensión original en inglés

por Ana Villucndas de Sambricio y Jo.sé LuisCastillo.

protección térmica del trasbor-dador orbital espacial {SpaceShuníe).

Las placas del Estegosaurio ysu papel en la transferencia decalor.

Investigación sobre "carbón"en ausencia de carbón: deposi

ción de vapor, deposición depanículas y deposición simultánea de partículas y vapores.

Producción controlada y medidas de panículas valiosas peroinvisibles (de "malas" partículas a "buenas" partículas).

Ejemplos de la investigaciónde otros dos colegas:

Desarrollo de la técnica de Cro

matografía Líquida -Electros-pray- Espectrometría de Masaspara bioquímica analítica.

Conclusiones y "Lecciones"que deben aprenderse.

INTRODUCCION

La ocasión de este gi'an lionor yceremonia me proporcionan unabuena oportunidad para reflexionarsobre mis experiencias en investigación y sobre alguntts de las conclusiones que he obtenido de ellas. Aunquecada uno de nosotros constituye unelemento único e irrepetible, quizás