Reportaje
19/02/2020

Una capa protege biomateriales metálicos para nuevos implantes médicos

  •  Campus de Valladolid
  •  Ingeniería y Arquitectura

Antonio Martín / UVadivulga

Un equipo de investigación de la UVa mejora con un polímero conductor materiales porosos para prótesis con mejor comportamiento elástico

Las prótesis o los implantes dentales son generalmente metálicos y compactos, por lo que su módulo elástico es mucho mayor el del hueso con el que se engarzan. Como consecuencia, los usuarios pueden empezar a experimentar molestias, dolores e incluso fracturas. De forma experimental, se han desarrollado estructuras metálicas con una mayor capacidad de deformación gracias a su porosidad. Ahora bien, presentan un talón de Aquiles: al ser porosa, el área expuesta es mayor y por lo tanto el corrosión debida al contacto constante con fluidos corporales aumenta. Para protegerlas, la Universidad de Valladolid (UVa) ha encontrado un polímero que actúa de capa protectora y evita esta biocorrosión, lo que puede ayudar a crear futuros implantes más eficientes para uso médico.

Los implantes médicos, tanto para la pérdida de una pieza dental como para el reemplazo de un hueso por ejemplo, son cada vez más empleados a consecuencia del aumento en la esperanza de vida. Estas prótesis se fabrican con materiales metálicos como aceros inoxidables, aleaciones base cobalto o aleaciones base titanio. Estos metales son mucho más rígidos que las piezas biológicas que substituyen y su ajuste con el resto del organismo puede llegar a a provocar fallos por acumulación de tensiones. Para mejorar las propiedades mecánicas de las prótesis, el equipo de Ingeniería de los Materiales y el grupo de investigación UVasens de la Universidad de Valladolid (UVa) se han unido para conseguir biomateriales más elásticos.

 

Los equipos, compuestos por químicos, físicos, ingenieros industriales e ingenieros químicos, han utilizado una técnica de procesado denominada pulvimetalurgia para obtener estos biomateriales porosos. Es una tecnología de gran precisión que permite obtener las piezas de una sola etapa. Se parte del material metálico convencional, como el acero inoxidable, pero pulverizado. Compactando este polvo por presión, se puede llegar a obtener la pieza con su forma final, pero sin consistencia. Tras un proceso a alta temperatura denominado sinterización se logran finalmente el resto de propiedades de la pieza. La metalurgia de polvos se emplea ya en sectores muy competitivos, como el de la automoción, por ejemplo, y en general “para la creación de piezas de geometría compleja con alta precisión dimensional”, explica la investigadora principal del equipo, Cristina García Cabezón. Como no es una técnica barata ni universal, “pero sí muy precisa”, dirigida tan solo para ciertas necesidades específicas de alto valor añadido, prosigue García Cabezón, profesora de la Escuela de Ingenierías Industriales.

Muestras experimentales para la creación de capas en biomateriales metálicos para implantes médicos
© - . Muestras experimentales para la creación de capas en biomateriales metálicos para implantes médicos

Un polímero ‘dopado’

Para conseguir estos biomateriales por medio de este tipo de procesado, el equipo de científicos e ingenieros trató de imitar la naturaleza de la parte ósea que la prótesis reemplaza. “Cambiando los porcentajes de porosidad, nos vamos acercando al producto original”, explica García Cabezón sobre el proceso de recreación de esas condiciones previas. Conforme el material es más poroso, se parece más a una espuma, esto es, tiene más huecos, como un queso de Gruyère. La posibilidad de que se corroa también es mayor al contacto con líquidos, como los fluidos corporales. “Aquí no podemos aplicar un barniz, como en una pared, pero podemos buscar una solución similar”, explica. Un polímero denominado polipirrol, de capacidades conductoras muy diferentes a las típicas pinturas aislantes, fue la solución. Los resultados han sido publicados recientemente en la revista científica Journal of Material Science & Technology.

En los materiales metálicos, el polímero fue depositado por medio de procedimientos eléctricos para conseguir revestir todos los poros. En principio, este material sintético no se fija al metálico por sí mismo. El barniz deseado se obtiene al crear el propio material a partir de un precursos y modificar sus propiedades por medio de un dopante. Los polímeros son generalmente aislantes, pero se pueden convertir algunos, como el polipirrol, en semiconductores. Recubierto todo el material metálico con el polipirrol, que además es biocompatible, se genera una capa protectora que evita la corrosión del conjunto y mejora la adhesión.

Se obtuvo así un material metálico poroso que genera menos tensiones con partes biológicas y es capaz de resistir el efecto constante del contacto de los líquidos en él. A estas ventajas, los investigadores de la UVa buscan ahora otras que sumar. Para profundizar en el conocimiento de los mecanismos de protección, el equipo de investigación quiere aplicar ahora nanopartículas de oro o de plata en el polímero conductor. En el mundo nano, las propiedades de los materiales varían. Se espera conseguir todavía mayor resistencia a la biocorrosión. Asimismo, estas modificaciones pueden ayudar a generar propiedades antifúngicas o antibacterianas, por ejemplo.

El trabajo, aunque de gran aplicabilidad, es de ciencia básica. Por eso, García Cabezón ha establecido contactos con el sector industrial de las prótesis “para conocer las necesidades concretas” que tiene al producir estos productos sanitarios” y poder ayudar a solventarlas.

Un investigador, en el laboratorio del equipo de Ingeniería de los Materiales, en la Escuela de Ingenierías Industriales
© - . Un investigador, en el laboratorio del equipo de Ingeniería de los Materiales, en la Escuela de Ingenierías Industriales

La investigadora Cristina García Cabezón, del Área de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica, con muestras empleadas en la experimentación

Bibliografía

C. García Cabezón, C. García Hernández, M.L. Rodríguez Méndez, F. Martín Pedrosa, ‘A new strategy for corrosión protection of porous stainless steel using popypyrrole films’. Journal of Materials Science & Technology 37 (2020) 85-95 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmst.2019.05.071