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Materiales bioactivos

1969
  • Larry L. Hench
Muestras de biovidrio en un laboratorio de investigación de biomateriales.

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Los materiales bioactivos son una clase de biomateriales diseñados para generar una respuesta biológica positiva específica en la interfaz entre el material y el tejido, lo que resulta en la formación de una unión entre ellos. A diferencia de los materiales bioinertes, que buscan una interacción mínima, los materiales bioactivos participan activamente en los procesos de cicatrización. Un ejemplo clásico es el biovidrio, que forma una capa de hidroxiapatita en su superficie, uniéndose directamente al hueso.

El concepto de bioactividad fue desarrollado por Larry Hench con su invención en 1969 del Bioglass® 45S5, una composición específica de 45 % en peso de SiO₂, 24,5 % de CaO, 24,5 % de Na₂O y 6 % de P₂O₃. El mecanismo de unión ósea implica una secuencia de cinco reacciones químicas superficiales. Al exponerse a fluidos corporales, (1) se produce un rápido intercambio iónico de Na+ del vidrio con H+ de la solución, creando una capa rica en sílice. (2) Esto aumenta el pH local, lo que provoca (3) la descomposición de la red del vidrio, liberando ácido silícico (Si(OH)₄) y formando silanoles (Si-OH) en la superficie. (4) Una alta concentración local de iones de calcio y fosfato, tanto del vidrio como del fluido circundante, conduce a la formación de una capa amorfa de fosfato de calcio. (5) Esta capa cristaliza en hidroxicarbonato apatita (HCA), que es química y estructuralmente similar a la fase mineral del hueso. Esta capa de HCA proporciona un andamiaje bioactivo para que los osteoblastos colonicen, se diferencien y depositen nueva matriz ósea, creando una unión fuerte, directa y sin fisuras con el hueso huésped. Este proceso, conocido como osteointegración, es crucial para la estabilidad a largo plazo de los implantes. Además, se ha demostrado que los productos de disolución, en particular el ácido silícico, estimulan los genes dentro de las células osteoprogenitoras, lo que aumenta la producción de factores de crecimiento. Esto hace que el material no solo sea osteoconductor (un andamiaje para el crecimiento óseo) sino también osteoinductor (estimula activamente la formación de hueso nuevo).

UNESCO Nomenclature: 3201
– Medical sciences

Tipo

Proceso químico

Disrupción

Revolucionario

Utilización

Uso generalizado

Precursores

  • Desarrollo de la ciencia y la fabricación del vidrio
  • Comprensión de la composición ósea y el papel de la hidroxiapatita
  • Uso temprano de cerámicas inertes como la alúmina en ortopedia
  • Avances en las técnicas de análisis de superficies para estudiar la interfaz material-tejido

Aplicaciones

  • Injertos óseos y rellenos de huecos en cirugía ortopédica y dental
  • Recubrimientos sobre implantes metálicos (por ejemplo, vástagos de cadera) para promover la osteointegración
  • andamios para ingeniería de tejidos óseos
  • Componentes de las pastas dentales bioactivas para remineralizar el esmalte
  • Apósitos cicatrizantes que estimulan la reparación de tejidos.

Patentes:

  • US3929971A

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Contexto histórico

Materiales bioactivos

1960
1960
1969
1976-05-28
1980
1990
1960
1965
1970
1980
1980

(si se desconoce la fecha o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se ofrece una estimación redondeada de su notable aparición)

Invención, innovación y principios técnicos relacionados

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