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Uso de la Hidroxiapatita y Poliuretanos en aplicaciones biomiméticas

Uso de la Hidroxiapatita y Poliuretanos en aplicaciones biomiméticas

El término biomimética se utiliza para describir la imitación de los sistemas y diseños biológicos. Esta incluye el estudio de cómo la naturaleza diseña, procesa, ensambla y desensambla bloques moleculares, para entonces aplicar estos diseños y procesos en la construcción de moléculas nuevas y materiales con propiedades únicas. (Quirino-Barreda, 2014). Es por esto que la biomimética y la nanotecnología tienen una relación muy estrecha, ya que a partir del desarrollo y avance en el campo de la nanotecnología por fin se pudo estudiar las nanoestructuras presentes en la naturaleza. La mayoría de las maravillas de la naturaleza son debido a las propiedades que tienen en la escala nano. (Garg, et.al, 2017)

Para comprender mejor el cómo se relaciona la biomimética con la nanotecnología, se comentarán las aplicaciones biomiméticas de la hidroxiapatita y los poliuretanos. Pero antes de ahondar en ello; entendamos qué son estos compuestos, la hidroxiapatita (HAP) es un biocristal, formado por átomos de calcio, fósforo, e hidrógeno, está presente en dientes y huesos confiriéndoles su dureza característica (García-Garduño, 2006). Mientras que los poliuretanos, son el producto de la condensación, en presencia de varios reactivos. Se sintetizan a partir de una serie de reacciones complejas que ocasionan muchos enlaces químicos, uno de ellos el grupo uretano. Tienen la característica que dependiendo del tipo de reactivo y su proporción es posible obtener materiales poliméricos lineales o tridimensionales. (Vega-Baudrit, et. al. 2004).

El cómo se incorporan a la biomimética en el caso de la HAP es mediante la regeneración y sustitución de huesos o piezas dentales. Para los poliuretanos se ha buscado la inmovilización del condroitín sulfato, el cual es el principal compuesto de la matriz extracelular del colágeno, con el fin de mejorar la citocompatibilidad, la cual se refiere a que un material no es tóxico para las células biológicas del tejido de interés.  (Gonzalez-Paz, Hernández y Vega Baudrit, 2015)

En el caso de la HAP, está se implanta por medio de una infiltración en el tejido dañado, luego en el sitio donde se implantó el sistema inmune lleva a cabo la fagocitosis de residuos celulares y realiza un cubrimiento de apatita en la superficie de la hidroxiapatita, después los osteoblastos que son las células de los huesos migran hacia el borde de este sitio, y depositan proteínas específicas y matriz ósea sin mineralizar, luego las arterias alimentan a esta matriz ósea, y finalmente se forma la apatita biológica.  Por otro lado, al inmovilizar biomoléculas como el condroitín sulfato a través de recubrimientos de poliuretano, se logra una mayor citocompatibilidad pues mejora la correlación entre el biomaterial y las células vivas, además no se perturban las propiedades mecánicas del biomaterial. Además, es importante considerar que el biomaterial que se inmoviliza debe jugar un papel importante en la diferenciación celular, como lo es el condroitín sulfato con los condrocitos, en otras palabras, debe ser un material bioactivo para que tenga funcionalidad en la ingeniería de tejidos. 

Muchas veces las aplicaciones de la nanotecnología en el campo de biomimética, parece que hubiesen estado a años de desarrollo. Sin embargo, en el artículo “Hidroxiapatita y sus aplicaciones” de Rommy Hernandéz; plantea la aplicación de la HAP en México en regeneración y trasplante óseo desde 1998. Por lo que esto nos demuestra que ya es algo que ya es plausible en nuestra vida diaria. Probablemente no sea tan apreciable la aplicación de los poliuretanos, pero si consideramos que la OCDE en el 2017 menciona que en México cuatro de cien mil habitantes recibieron un reemplazo de rodilla. Si agregamos HAP a hidrogeles de colágeno, se forman nanocristales de HAP los cuales tienen la misma morfología que el mineral óseo humano y son del mismo tamaño que el mineral óseo humano, dando mejoría en las propiedades mecánicas y velocidad de degradación está relacionada con la formación de puentes de hidrógeno entre los grupos P-O de la hidroxiapatita con los grupos funcionales del colágeno (Stock, 2015).  Por lo que este tratamiento en el tiempo correcto, podría prevenir la necesidad de la cirugía. Es innegable que la aplicación de la nanotecnología a la biomimética ofrece una mejora importante en la calidad de vida y tratamiento a la población. 

Referencias

[1] García-Garduño Margarita Victoria y Reyes-Gasga José. (2006). LA HIDROXIAPATITA, SU IMPORTANCIA EN LOS TEJIDOS MINERALIZADOS Y SU APLICACIÓN BIOMÉDICA. Tip Revista Especializada en Ciencias Químico-Biológicas.. Vol. 9 No.2, pp. 90-95

[2] Garg, Puneet & Ghatmale, Prerana & Tarwadi, Kirtan. (2017). Influence of Nanotechnology and the Role of Nanostructures in Biomimetic Studies and Their Potential Applications. Biomimetics. Vol 2. No. 7. 10.3390/biomimetics2020007. 

[3] Gonzalez-Paz, Rodolfo & Hernández, Kiara & Vega Baudrit, José. (2015). INGENIERÍA DE TEJIDOS Y BIOCOMPATIBILIDAD: NANOMATERIALES BIOMIMÉTICOS, AGUA, MINERALIZACIÓN Y RESPUESTA CELULAR. 

[4] Quirino-Barreda, Carlos. (2014). Nanomedicine and Biomimetics. Nanomedicina y Biomimetismo. Faustino-Vega, A. y Quirino-Barreda, C.T. Revista Interdisciplinaria de Nanociencia y Nanotecnología, 7 (12): 19-31. ISSN: 2007-5979.. Mundo Nano. Revista Interdisciplinaria de Nanociencia y Nanotecnología. 7. 

[5] Hernández T.,R,  Palma, R y Piña B., C. (1998). Hidroxiapatita y sus aplicaciones. REVISTA MEXICANA DE FÍSICA”45 SUPLEMENTO 1”, pp. 144-147.

[6] Stock, S. R. (2015). The Mineral-Collagen Interface in Bone. Calcified Tissue International, 97(3), 262-280. DOI: 10.1007/s00223-015-9984-6. 

[7] Vega Baudrit, José & Moya, & Sibaja, Maria & Pereira, & Alvarado,. (2004). Síntesis y caracterización de poliuretanos potencialmente biodegradables a partir de desechos de la agroindustria del maíz. Revista Química e Industria. 51. 

Por: Diana Guadalupe Pérez Becerra estudiante de séptimo semestre de la Licenciatura de Nanotecnología e Ingeniería Molecular en la UDLAP.

María José Monteagudo Candiani, estudiante DE Licenciatura en el ITESM.

Sobre los autores:

Diana Guadalupe Pérez Becerra estudiante de séptimo semestre de la Licenciatura de Nanotecnología e Ingeniería Molecular, en la Universidad de las Américas Puebla (UDLAP), ha sido becario en el Laboratorio de Electroquímica y Electrocatálisis, con el proyecto: “Eliminación de fármacos del agua”. Ha participado en los cursos de “Metodología de la investigación” y “Escribe y publica tu trabajo científico” impartidos por el Instituto Nacional de Medicina Genómica (INMEGEN). Fue colaboradora del XV Congreso Nacional de Ciencias Químico-Biológicas celebrado en la Universidad de las Américas Puebla. Participó en el curso de “Técnicas de conservación de especímenes biológicos” en el Laboratorio de Plastinación y Museografía Biomédica de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Asistió y presentó el cartel “Nanotecnología y soberanía alimentaria” en el III Simposio de Investigación en Administración y Sustentabilidad realizado en la Unidad de Posgrado de la Facultad de Contaduría y Administración de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).  diana.perezba@udlap.mx

María José Monteagudo Candiani. Estudiante de Licenciatura en la Universidad Instituto Tecnológico de Estudios Superiores y Monterrey en el campus Estado de México. Participante y miembro del equipo IGEM 2020 en su campus en el cual se está realizando un biosensor de microplásticos, IGEM es un concurso a nivel internacional de biología sintética. Participante de diversos cursos como  impresión 3D de organoides, nanoelectrónica, biomateriales, microscopio electrónico de barrido, SPIONS,  terapia celular e ingeniería genética por parte del Instituto AMCEP y del INA . Actualmente está laborando en una investigación sobre terapia génica y fabricación de vacunas editables utilizando cloroplastos, está colaborando en la Columna Científica organizada por la mesa de Nanotecnología e Ingeniería molecular de la UDLAP y es miembro del grupo estudiantil BIOTEC  dentro de los roles de publicidad e investigación. Participó en el congreso INASCON 2020 donde se expusieron avances en nanotecnología. Contacto: A01378106@itesm.mx 

Por:

Diana Guadalupe Pérez Becerra, estudiante de séptimo semestre de la Licenciatura de Nanotecnología e Ingeniería Molecular, en la Universidad de las Américas Puebla (UDLAP)

María José Monteagudo Candiani, estudiante de Licenciatura en la Universidad Instituto Tecnológico de Estudios Superiores y Monterrey en el campus Estado de México.

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