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Materiales bioactivos

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

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Bioactive materials are a class of biomaterials designed to elicit a specific, positive biological response at the material-tissue interface, resulting in the formation of a bond between them. Unlike bioinert materials that aim for minimal interaction, bioactive materials actively participate in healing processes. A classic example is Bioglass, which forms a hydroxyapatite layer on its surface, bonding directly to bone.

The concept of bioactivity was pioneered by Larry Hench with his 1969 invention of Bioglass® 45S5, a specific composition of 45 wt% SiO2, 24.5% CaO, 24.5% Na2O, and 6% P2O5. The mechanism of bone bonding involves a sequence of five surface chemical reactions. When exposed to bodily fluids, (1) rapid ion exchange of Na+ from the glass with H+ from solution occurs, creating a silica-rich layer. (2) This increases local pH, which causes (3) the glass network to break down, releasing silicic acid (Si(OH)4) and forming silanols (Si-OH) at the surface. (4) A high local concentration of calcium and phosphate ions, both from the glass and surrounding fluid, leads to the formation of an amorphous calcium-phosphate layer. (5) This layer crystallizes into hydroxycarbonate apatite (HCA), which is chemically and structurally similar to the mineral phase of bone. This HCA layer provides a bioactive scaffold for osteoblasts to colonize, differentiate, and deposit new bone matrix, creating a strong, direct, and seamless bond with the host bone. This process, known as osteointegración, is crucial for the long-term stability of implants. Furthermore, the dissolution products, particularly silicic acid, have been shown to stimulate genes within osteoprogenitor cells, upregulating the production of growth factors. This makes the material not only osteoconductive (a scaffold for bone growth) but also osteoinductive (actively stimulating new bone formation).

UNESCO Nomenclature: 3201
Ciencias médicas

Tipo

Proceso químico

Ruptura

Revolucionario

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Desarrollo de la ciencia y la fabricación del vidrio
  • understanding of bone composition and the role of hydroxyapatite
  • 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
  • scaffolds for bone tissue engineering
  • Componentes de las pastas dentales bioactivas para remineralizar el esmalte
  • Apósitos cicatrizantes que estimulan la reparación de tejidos.

Patentes:

  • US3929971A

Ideas para posibles innovaciones

  • Tintas bioactivas para la impresión 3D de estructuras óseas específicas para cada paciente.
  • Empastes dentales liberadores de iones que inhiben la caries secundaria y promueven la regeneración de la dentina
  • Masillas de vidrio bioactivas inyectables para reparación ósea mínimamente invasiva
  • Recubrimientos bioactivos para stents cardiovasculares que promueven la endotelización y previenen la reestenosis
  • Conductos de guía nerviosa dopados con iones bioactivos para mejorar la regeneración nerviosa
  • bioactive glass nanoparticles for targeted cancer therapy (hyperthermia)
  • Vidrios bioactivos antimicrobianos que contienen iones de plata o cobre para apósitos para heridas
  • Cementos bioactivos para vertebroplastia que se integran con el hueso espinal
  • andamios que liberan diferentes iones en diferentes momentos para orquestar la formación de tejidos complejos
  • Materiales blandos bioactivos (hidrogeles) para la regeneración de cartílagos y tejidos blandos
Relacionado con: bioactivo, biovidrio, Larry Hench, hidroxiapatita, osteointegración, unión ósea, intercambio iónico, osteoinducción, osteoconducción, biomaterial cerámico.

Contexto histórico

Materiales bioactivos

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

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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