Nuevos biomateriales en el quirófano

El doctor Rodrigo Ramos, especialista en neurocirugía y director del Instituto de Neurociencias Traslacionales del Centro Universitario de Ciencias de la Salud (CUCS) de la UdeG, explica que desde hace una década iniciaron con el estudio de la biocompatibilidad del quitosano con otros compuestos, como la hidroxiapatita, precursor en la constitución del hueso. “El objetivo más importante es generar andamios para inducir un proceso regenerativo, eso es también parte de una estrategia que se denomina ingeniería tisular o medicina regenerativa, y al ver la biocompatibilidad de este tipo de compuestos y el impacto de regeneración donde se implanta, nos ha alentado para diversificar los escenarios donde se puede aplicar”, señala.

El especialista refiere que su equipo de investigación realizó el análisis de la biocompatibilidad de estos materiales, así como la caracterización estructural, de resistencia y los diseños de presentación de este producto. Posteriormente se trabajó en buscar una utilidad médica, que representa el aspecto traslacional, y se encontró en el tratamiento de traumas.

Quitosano, biomaterial oculto en los artrópodos

El quitosano es un polisacárido que deriva de la quitina, un polímero natural que se encuentra en el exoesqueleto de los artrópodos como camarones, cangrejos o langostinos, pero también en hongos, y es el segundo con más abundancia en la naturaleza después de la celulosa. El quitosano se obtiene luego de que la quitina atraviesa un proceso denominado desacetilación; este material no es tóxico, es biocompatible y se usa en distintos sectores como la salud o la agricultura. Su fórmula molecular es C₅₆H₁₀₃N₉O₃₉.

Rodrigo Ramos explica que, en el caso de los traumas, como las lesiones de espalda, hay procedimientos quirúrgicos que implican la implantación de materiales como titanio, u otros que ayuden a que los huesos se fijen, como clavos o tornillos, y ambos implican costos elevados, por lo que el uso de materia prima como el quitosano combinado con ortofosfatos puede abaratar el tratamiento. “Identificamos que este material (quitosano e hidroxiapatita) no solo era biocompatible con el tejido, sino que además sí comprobamos que induce regeneración ósea y no induce fibrosis”, detalla.

La aplicación de este compuesto hecho por quitosano e hidroxiapatita se llevó a cabo en ratas de laboratorio, señala el doctor Rodrigo Ramos, investigador nivel I del Sistema Nacional de Investigadores (SNI). El médico explica que este material se implantó en un grupo experimental con lesiones en la columna (laminectomía experimental), al cual se le colocó una lámina elaborada con el biopolímero sobre la lesión a manera de andamio. “En los estudios que hicimos después de 30, 60 y 90 días encontramos que, sobre todo en el último grupo, había regeneración de hueso nuevo a tal grado que lo demostramos en los estudios histológicos y en los estudios de tomografías que se hicieron en todas las columnas que fueron implantadas”.

Aunado a este experimento, la investigación también contempló el diseño y aplicación de una serie de pruebas para evaluar la flexibilidad de las columnas con hueso regenerado; el investigador señala que también se observaron beneficios en la parte biomecánica al garantizar que el implante tenía un diseño biocompatible que ayudaba a las columnas a conservar su postura normal.

Para elaborar este biopolímero, además de usar la hidroxiapatita se recurre a la obtención de quitosano, un compuesto que se extrae de la cáscara de crustáceos como los camarones, y que se adquiere de manera comercial en forma de obleas, aunque ya hay pláticas con empresas mexicanas que producen este material a nivel local para asegurar su suministro, explica el investigador. “Primero fue un reto encontrar el compuesto idóneo, luego pasamos a las pruebas de biocompatibilidad, resistencia, análisis estructural, resonancia magnética, y el primer reporte fue dirigido a esos resultados que avalaban que era biocompatible, no había rechazo ni toxicidad y entonces veíamos que sí se podía implantar en seres vivos”.

Una vez que se llegó a la formulación completa, la investigación, en la que también participan estudiantes del doctorado en ciencias biomédicas con orientación a neurociencias del CUCS, tomó distintos ejes, siendo una línea el uso del biomaterial para defectos craneales y también para ayudar a corregir problemas óseos de columna.

Luego de la experimentación con roedores, el doctor Rodrigo Ramos asegura que el proyecto ya podría aplicarse en humanos para observar los beneficios que se registraron en los otros casos. El investigador enfatiza que el compuesto, que tiene textura similar a una pasta, es altamente compatible con humanos y es biodegradable, no como los implantes sintéticos que pueden provocar reacciones tóxicas, fibrosis o infecciones. “Después de hacer su función, empieza a degradarse y solo deja tejido con estirpe del receptor que indujo en el proceso regenerativo. Tenemos evidencia de que a los 120 días casi no hay restos ni rastros del compuesto, porque donde está el andamio el tejido nuevo empezó a crecer y lo sustituye”. Se plantea que el uso de este compuesto de quitosano e hidroxiapatita sirva para el tratamiento de fracturas de columna, actualmente, según el doctor, se utilizan opciones de productos derivados de proteínas animales que pueden traer consecuencias negativas, pero con este diseño, que tendrá forma de oblea y rodeará el hueso, el factor biodegradable garantiza que no afectará el movimiento.

El diseño de este biomaterial compatible también implica que podrá fabricarse de manera personalizada para tratar las lesiones singulares de cada paciente. “Es como una pasta, que va a abrazar el hueso y le ayudará a formar hueso nuevo”. Además, el material es económico y podría aplicarse en prácticamente cualquier parte del cuerpo donde hay hueso.

El investigador señala que los resultados de la investigación en torno al uso del quitosano como base para este biomaterial regenerativo se publicaron en las revistas científicas International Journal of Biomedical Research, Translational surgery, World Neurosurgery y hay una en proceso editorial en Journal of Neurosurgery.