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Estudian el potencial de los materiales cerámicos para reemplazar huesos

Investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), del Instituto de Investigación Sanitaria del Hospital Gregorio Marañón y del Instituto de Cerámica y Vidrio del CSIC trabajan en un proyecto que analiza nuevos compuestos de hidroxiapatita reforzada como biomateriales sustitutos de estructuras óseas.

Microscopía óptica de las células de cultivo. Imagen: UC3M.

La hidroxiapatita (HA) es uno de los materiales cerámicos más utilizados como sustituto del hueso en implantes óseos y dentales. Su composición química es similar al constituyente inorgánico del tejido óseo y posee, además, propiedades mecánicas similares a las del hueso mineral. No obstante, una prótesis de hidroxiapatita pura se encuentra limitada al soporte de bajas cargas debido a su inherente fragilidad, por lo que, si se desea que el implante se pueda someter a cargas más elevadas, es necesario modificar sus propiedades mecánicas.

Una manera muy frecuente de conseguirlo consiste en obtener un composite de hidroxiapatita y óxidos biocompatibles (por ejemplo, TiO2, Al2O3, ZrO2 o Y2O3), que permiten obtener un compuesto más duro y con mayor resistencia a la compresión y tenacidad a la fractura que la hidroxiapatita pura. Pero hay que tener en cuenta que en el diseño y optimización de nuevos biomateriales es importante alcanzar un equilibrio entre sus propiedades mecánicas y biológicas sin perjuicio de ninguna de ellas.

Para verificar la aplicación de este nuevo material como biomaterial es necesaria una completa caracterización estructural, mecánica y, de manera imprescindible, se requiere un análisis de biocompatibilidad del mismo mediante ensayos primero in vitro y después in vivo.

Todo esto es lo que se aborda en el marco del proyecto 'Caracterización física y biológica de materiales compuestos de hidroxiapatita reforzada con nanopartículas de Y2O3 producida por slip casting'. Esta técnica consiste en preparar una suspensión acuosa del material que se desea consolidar, en este caso polvo de hidroxiapatita y polvo de itria, para a continuación rellenar un molde de escayola con la forma deseada para el conformado y dejar que se filtre el agua a través de la escayola, permaneciendo en el molde la parte sólida de la disolución.

"La pieza resultante se denomina 'material en verde' que, típicamente, se somete a un proceso de sinterizado, un tratamiento térmico que permite consolidar el material", explica la profesora del Departamento de Física de la UC3M, Mª Angustias Auger.

Trabajo en equipo

El proceso de preparación del material a través de la técnica de slip casting se ha realizado en el Instituto de Cerámica y Vidrio del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y los ensayos de biocompatibilidad mediante cultivos in vitro en células previamente utilizadas para diagnóstico de sangre y de líquido amniótico se están llevando a cabo en la Unidad de Genética del Hospital General Universitario Gregorio Marañón de Madrid. La caracterización del material en los diferentes estadios de desarrollo del proyecto se llevará a cabo en el Laboratorio de Materiales Nanoestructurados y Multifuncionales de la UC3M.

"En el desarrollo de este trabajo es muy importante caracterizar el material de hidroxiapatita antes de someterlo al cultivo celular", explica la profesora Auger. "Para ello se mide su densidad, porosidad y propiedades mecánicas, como la microdureza, el módulo elástico o la resistencia a compresión, así como su estructura cristalina, microestructura, tamaño y distribución de poros, etc.", detalla. Tras el cultivo celular el material será analizado mediante microscopía óptica y electrónica para verificar y, en su caso, cuantificar la proliferación de células.

El trabajo se está financiando gracias a la ayuda obtenida en la Convocatoria de ayudas 2009 para realización de proyectos que potencien la creación y consolidación de grupos de investigación de la Universidad Carlos III de Madrid. El Grupo de Materiales Nanoestructurados y Multifuncionales de la UC3M participa en este proyecto en el marco del programa ESTRUMAT, financiado por la Consejería de Educación de la Comunidad de Madrid para el desarrollo de actividades de I+D entre grupos de la región.

Esta actividad representa además una interesante oportunidad de colaboración de acuerdo con el convenio firmado recientemente entre la UC3M y la Consejería de Sanidad de la Comunidad de Madrid, en cuanto a que los alumnos universitarios de Grado y Postgrado de Ingeniería Biomédica puedan realizar prácticas y desarrollar líneas de investigación en los Hospitales Gregorio Marañón de Madrid y Getafe.

Más información en Oficina de Información Científica de la Universidad Carlos III de Madrid

Fuente: UC3M
Derechos: Creative Commons
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