/ viernes 5 de enero de 2024

Los biomateriales y los animales

Alexis B. Sabido Barahona y Juan Valerio Cauich Rodríguez (CICY)

En el pasado, cuando un ser humano padecía de alguna dolencia o enfermedad, los médicos disponían de pocos recursos para enfrentar este problema y, en consecuencia, se recurría a la amputación o extirpación del tejido u órgano dañado; esta práctica era común en la Antigüedad y, aunque en ocasiones salvaba vidas, dejaba al ser humano con serias deficiencias que deterioraban su calidad de vida.

Los primeros materiales que se usaron con fines médicos fueron naturales, tales como madera, marfil o vidrio; estos biomateriales de primera generación simplemente sustituían una parte del cuerpo (patas de palo, ojos de vidrio, etc.) y poco se sabía de su interacción con el cuerpo humano.

Después de la Segunda Guerra Mundial la situación cambió súbitamente debido a la aparición de antisépticos, antibióticos, vacunas y prácticas higiénicas en los hospitales; fue entonces cuando se inició el uso de polímeros en la medicina en forma de lentes de contacto y el uso de metales en forma de clavos para fijación de fracturas. Pese a estas aplicaciones, lo que se buscaba simplemente era que el material no fuera dañino o tóxico para el ser humano. La Figura 1 muestra algunas aplicaciones de los polímeros como biomateriales.

Biomateriales de origen polimérico usados como sustitutos de órganos y tejidos en el cuerpo humano.

Los biomateriales pueden clasificarse de muchas maneras: por ejemplo, dependiendo de su composición pueden ser metales, polímeros o cerámicos, o una combinación de estos, conocida como materiales compuestos. También pueden clasificarse como bioestables, que son aquellos que duran por mucho tiempo, por ejemplo, un cemento óseo para fijar una prótesis articular; por otro lado, están los polímeros biodegradables como las membranas de regeneración ósea guiada que solo permanecen alrededor de ocho semanas en el cuerpo. Asimismo, también pueden clasificarse por su origen en naturales o sintéticos.

Los biomateriales naturales son preferidos ya que conservan su estructura (tejidos decelularizados), composición (colágeno o gelatina) o propiedades (degradación por medios biológicos). Lamentablemente, presentan pobres propiedades mecánicas, por lo que deben entrecruzarse o combinarse con otros polímeros sintéticos biodegradables. Pese a esto, muchos biomateriales naturales son de origen animal; por ejemplo, los tejidos de cerdos son utilizados para sustituir piel (xenoinjertos), mientras que el pericardio bovino se puede usar para hacer válvulas cardiacas. Hoy en día, se ha avanzado en la producción de biomateriales a partir de desechos de origen animal. De este modo, es posible obtener ácido hialurónico de las crestas de los gallos, hidroxiapatita de huesos y cuernos, o queratina de las plumas de las aves.

Viéndolo desde otro punto de vista, los animales no solo producen biomateriales, sino que en ocasiones ellos también usan los biomateriales. Hasta hace unos pocos años, cuando algún animal padecía una enfermedad o perdía una pata, un pico, una cola, un ala, etc., éste era sacrificado. En la actualidad, esta situación ha cambiado debido a que es posible su rehabilitación.

La investigación y el desarrollo de nuevos dispositivos médicos humanos han traído un beneficio paralelo para la salud de los animales. A pesar de que la anatomía y la bioquímica son distintas para cada especie, es posible que muchos animales sean candidatos para utilizar el mismo biomaterial, debido a que también se evalúan mediante pruebas físicas, químicas y biológicas para demostrar que son seguros y eficaces en su uso.

Actualmente, muchos de los biomateriales veterinarios usan técnicas de fabricación como la impresión 3D o el termoformado; esto permite construir prótesis a la medida del animal, con geometrías específicas de la especie y propiedades mecánicas adecuadas para el uso, imitando en la medida de lo posible el tejido que se desea sustituir; de este modo, se pueden usar polímeros duros para sustituir los picos de muchas aves de presa como las águilas, para que puedan volver a cazar y alimentarse correctamente. En contraste, también se fabrican prótesis flexibles para reemplazar las colas de mamíferos marinos como delfines o en patas de aves acuáticas, como los patos. La Figura 2 muestra algunos ejemplos de prótesis en animales.

Prótesis de diferentes especies de animales

Existe un caso en la vida real, el de la elefanta Mosha; ésta perdió una pata y le fue sustituida con una prótesis hecha de varios materiales: aserrín, utilizado como relleno con bajo peso; metal, el cual provee una alta resistencia mecánica, y polímeros que dieran flexibilidad y sirvieran como matriz.

Los biomateriales también ayudan a las mascotas o animales domésticos (perros o gatos) a recuperar su movilidad, aumentar su esperanza de vida y, en general, a mejorar su calidad de vida en compañía de los seres humanos.

Las prótesis pueden reemplazar totalmente una extremidad o pueden ayudar a sostener el cuerpo cuando se ha perdido masa muscular; también es posible fabricar cascos que protejan el cerebro cuando este queda expuesto debido a la hidrocefalia congénita (ver Figura 3).

Prótesis más comunes utilizadas en animales domésticos (perros)

Las prótesis para animales pueden tener muchos beneficios pues no solo evitan la amputación completa del miembro afectado, sino que pueden prevenir nuevas lesiones, aliviar el dolor, mejorar la resistencia cardiovascular y el equilibrio, así como aumentar el bienestar del animal. Sin embargo, también pueden tener algunos inconvenientes, como el costo elevado, la necesidad de un seguimiento veterinario, el riesgo de infección o rechazo y la adaptación del animal al nuevo dispositivo.

Si alguna mascota necesita de una prótesis, siempre debe consultarse con un médico veterinario para evaluar los procedimientos y opciones disponibles, además de la orientación sobre los cuidados necesarios y la rehabilitación del animal para mejorar su calidad de vida.

Autores

El doctor Juan Valerio Cauich Rodríguez es Investigador Titular en la Unidad de Materiales del Centro de Investigación Científica de Yucatán, CICY A. C; su línea de investigación se centra en polímeros para aplicaciones biomédicas: poliuretanos, acrílicos, cementos óseos e hidrogeles.

Por su parte, el maestro en ciencias Alexis Bernardo Sabido Barahona es estudiante de doctorado en ciencias también en la Unidad de Materiales del Centro de Investigación Científica de Yucatán, CICY A. C., e investiga acerca del desarrollo de sustitutos de nervios periféricos hechos de poliuretanos biodegradables.

Contacto: Julio Domínguez Orta, en el correo julio.dominguez@cicy.mx

Crédito de las ilustraciones

Imágenes proporcionadas por los autores.

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Alexis B. Sabido Barahona y Juan Valerio Cauich Rodríguez (CICY)

En el pasado, cuando un ser humano padecía de alguna dolencia o enfermedad, los médicos disponían de pocos recursos para enfrentar este problema y, en consecuencia, se recurría a la amputación o extirpación del tejido u órgano dañado; esta práctica era común en la Antigüedad y, aunque en ocasiones salvaba vidas, dejaba al ser humano con serias deficiencias que deterioraban su calidad de vida.

Los primeros materiales que se usaron con fines médicos fueron naturales, tales como madera, marfil o vidrio; estos biomateriales de primera generación simplemente sustituían una parte del cuerpo (patas de palo, ojos de vidrio, etc.) y poco se sabía de su interacción con el cuerpo humano.

Después de la Segunda Guerra Mundial la situación cambió súbitamente debido a la aparición de antisépticos, antibióticos, vacunas y prácticas higiénicas en los hospitales; fue entonces cuando se inició el uso de polímeros en la medicina en forma de lentes de contacto y el uso de metales en forma de clavos para fijación de fracturas. Pese a estas aplicaciones, lo que se buscaba simplemente era que el material no fuera dañino o tóxico para el ser humano. La Figura 1 muestra algunas aplicaciones de los polímeros como biomateriales.

Biomateriales de origen polimérico usados como sustitutos de órganos y tejidos en el cuerpo humano.

Los biomateriales pueden clasificarse de muchas maneras: por ejemplo, dependiendo de su composición pueden ser metales, polímeros o cerámicos, o una combinación de estos, conocida como materiales compuestos. También pueden clasificarse como bioestables, que son aquellos que duran por mucho tiempo, por ejemplo, un cemento óseo para fijar una prótesis articular; por otro lado, están los polímeros biodegradables como las membranas de regeneración ósea guiada que solo permanecen alrededor de ocho semanas en el cuerpo. Asimismo, también pueden clasificarse por su origen en naturales o sintéticos.

Los biomateriales naturales son preferidos ya que conservan su estructura (tejidos decelularizados), composición (colágeno o gelatina) o propiedades (degradación por medios biológicos). Lamentablemente, presentan pobres propiedades mecánicas, por lo que deben entrecruzarse o combinarse con otros polímeros sintéticos biodegradables. Pese a esto, muchos biomateriales naturales son de origen animal; por ejemplo, los tejidos de cerdos son utilizados para sustituir piel (xenoinjertos), mientras que el pericardio bovino se puede usar para hacer válvulas cardiacas. Hoy en día, se ha avanzado en la producción de biomateriales a partir de desechos de origen animal. De este modo, es posible obtener ácido hialurónico de las crestas de los gallos, hidroxiapatita de huesos y cuernos, o queratina de las plumas de las aves.

Viéndolo desde otro punto de vista, los animales no solo producen biomateriales, sino que en ocasiones ellos también usan los biomateriales. Hasta hace unos pocos años, cuando algún animal padecía una enfermedad o perdía una pata, un pico, una cola, un ala, etc., éste era sacrificado. En la actualidad, esta situación ha cambiado debido a que es posible su rehabilitación.

La investigación y el desarrollo de nuevos dispositivos médicos humanos han traído un beneficio paralelo para la salud de los animales. A pesar de que la anatomía y la bioquímica son distintas para cada especie, es posible que muchos animales sean candidatos para utilizar el mismo biomaterial, debido a que también se evalúan mediante pruebas físicas, químicas y biológicas para demostrar que son seguros y eficaces en su uso.

Actualmente, muchos de los biomateriales veterinarios usan técnicas de fabricación como la impresión 3D o el termoformado; esto permite construir prótesis a la medida del animal, con geometrías específicas de la especie y propiedades mecánicas adecuadas para el uso, imitando en la medida de lo posible el tejido que se desea sustituir; de este modo, se pueden usar polímeros duros para sustituir los picos de muchas aves de presa como las águilas, para que puedan volver a cazar y alimentarse correctamente. En contraste, también se fabrican prótesis flexibles para reemplazar las colas de mamíferos marinos como delfines o en patas de aves acuáticas, como los patos. La Figura 2 muestra algunos ejemplos de prótesis en animales.

Prótesis de diferentes especies de animales

Existe un caso en la vida real, el de la elefanta Mosha; ésta perdió una pata y le fue sustituida con una prótesis hecha de varios materiales: aserrín, utilizado como relleno con bajo peso; metal, el cual provee una alta resistencia mecánica, y polímeros que dieran flexibilidad y sirvieran como matriz.

Los biomateriales también ayudan a las mascotas o animales domésticos (perros o gatos) a recuperar su movilidad, aumentar su esperanza de vida y, en general, a mejorar su calidad de vida en compañía de los seres humanos.

Las prótesis pueden reemplazar totalmente una extremidad o pueden ayudar a sostener el cuerpo cuando se ha perdido masa muscular; también es posible fabricar cascos que protejan el cerebro cuando este queda expuesto debido a la hidrocefalia congénita (ver Figura 3).

Prótesis más comunes utilizadas en animales domésticos (perros)

Las prótesis para animales pueden tener muchos beneficios pues no solo evitan la amputación completa del miembro afectado, sino que pueden prevenir nuevas lesiones, aliviar el dolor, mejorar la resistencia cardiovascular y el equilibrio, así como aumentar el bienestar del animal. Sin embargo, también pueden tener algunos inconvenientes, como el costo elevado, la necesidad de un seguimiento veterinario, el riesgo de infección o rechazo y la adaptación del animal al nuevo dispositivo.

Si alguna mascota necesita de una prótesis, siempre debe consultarse con un médico veterinario para evaluar los procedimientos y opciones disponibles, además de la orientación sobre los cuidados necesarios y la rehabilitación del animal para mejorar su calidad de vida.

Autores

El doctor Juan Valerio Cauich Rodríguez es Investigador Titular en la Unidad de Materiales del Centro de Investigación Científica de Yucatán, CICY A. C; su línea de investigación se centra en polímeros para aplicaciones biomédicas: poliuretanos, acrílicos, cementos óseos e hidrogeles.

Por su parte, el maestro en ciencias Alexis Bernardo Sabido Barahona es estudiante de doctorado en ciencias también en la Unidad de Materiales del Centro de Investigación Científica de Yucatán, CICY A. C., e investiga acerca del desarrollo de sustitutos de nervios periféricos hechos de poliuretanos biodegradables.

Contacto: Julio Domínguez Orta, en el correo julio.dominguez@cicy.mx

Crédito de las ilustraciones

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