Especialistas de la CNEA trabajan actualmente en dos líneas de investigación principales: por un lado, están desarrollando un biomaterial destinado a la elaboración de prótesis de menor costo. Y, por otro, estudian un polímero biodegradable que permitirá reemplazar parte de un hueso dañado con piezas generadas en impresoras 3D.
Mediante el uso de radiación es posible modificar o reforzar polímeros como los plásticos para darles una nueva función a través de formaciones de enlace nuevos para hacerlos más resistentes. De hecho, el refuerzo y la mejora de los polímeros con radiación es una técnica que se viene utilizando desde hace décadas para fabricar productos comerciales, como partes termorresistentes de motores de automóviles y tubos termorretráctiles, láminas de espuma y neumáticos.
En los últimos años, esta tendencia llegó al área de la medicina, donde el uso de la tecnología nuclear está dando lugar a innovadores usos de los polímeros irradiados, como –por ejemplo– membranas de hidrogel para cicatrizar quemaduras y heridas.
Siguiendo estas premisas, un grupo de investigadores de los Laboratorios de Biotecnología y Materiales Poliméricos del Centro Atómico Ezeiza (CAE) de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) trabaja en el desarrollo de nuevos materiales que, gracias al tratamiento que reciben con técnicas de irradiación, pueden implantarse dentro del cuerpo humano, generando un nuevo hueso o bien reemplazando una estructura ósea que está dañada o enferma.
El uso de biomateriales para reemplazo óseo
El primero de los desarrollos consiste en un “composite” de material sintético generado a partir de la mezcla de un polímero (en este caso polietileno) con hidroxiapatita, que es la matriz mineral de los huesos. De este composite se obtiene un producto con características similar al hueso, a partir del cual pueden fabricarse prótesis óseas. Estos componentes tienen la ventaja de ser biocompatibles, es decir, aptos para ser utilizado en el cuerpo humano, y la matriz inorgánica incorporada acelera los tiempos de anclaje de la prótesis y mejor recuperación del paciente.
Al respecto, la Mg. Celina Horak, Gerente de Tecnología y Aplicación de las Radiaciones Ionizantes de la CNEA, explicó que en este caso “el tratamiento con radiaciones lo que hace es generar una especie de malla en la matriz del polímero, una reticulación, que impide que se desgaste”. Y agregó que “en condiciones fisiológicas, es decir, cuando el material ya fue implantado en un paciente, permite que se obtenga un mejor anclaje entre el hueso y la prótesis, haciéndola más durable y minimizando la necesidad de recambios con el paso del tiempo». Asimismo, la irradiación es uno de los métodos utilizados para esterilizar productos para uso en salud, por lo que también se está poniendo a punto su aplicación en este producto.
Este proyecto lleva cuatro años de desarrollo y actualmente se encuentra en la fase de diseño de producto. Para la fabricación de este composite se mezclan la hidroxiapatita y el plástico; luego el material se pasa por una extrusora que le da homogeneidad al producto y se obtiene un subproducto, que luego de ser irradiado queda listo para la siguiente fase.
“Lo que sigue en este proceso es lograr un diseño que permita la fabricación de las prótesis, especialmente de cadera, que es la que está guiando todo el proyecto. Esto lleva, por supuesto, más tiempo, pero la idea es lograr en el corto plazo una prótesis de cadera más económica y duradera, fabricada con componentes que no necesitan ser importados”, detalló Horak.
Actualmente, los especialistas de la CNEA buscan optimizar el desarrollo para que la prótesis obtenida tenga una flexibilidad similar al hueso. “Esto implicaría una mejora, ya que no habría tanta diferencia entre los puntos de unión de la prótesis y el hueso de la persona en la cual se implanta, evitando que se pueda quebrar en el futuro”, indicó.
Por otro lado, Horak advirtió que antes de poder terminar un trabajo de estas características es necesario llevar adelante toda una serie de pruebas clínicas para lograr la aprobación de la prótesis por parte del sistema de salud.
Las técnicas de irradiación de polímeros son consideradas más seguras que aquellas que utilizan químicos, a la vez que logran que la reticulación del material tratado sea más eficiente. Además, la radiación gamma permite, en estos casos, generar nuevos enlaces químicos para modificar las propiedades del material sin volverlo radiactivo en el proceso. Así, se pueden rediseñar los polímeros para que cumplan funciones específicas.
Tecnología nuclear para regenerar huesos
Otra de las líneas de investigación que llevan adelante los investigadores del Laboratorio de Biotecnología y Polímeros de la CNEA es el desarrollo de un polímero reabsorbible que servirá para reemplazar partes de un hueso dañado por fracturas o como consecuencia de un tumor maligno.
La pieza de biomaterial se imprime en una impresora 3D, pudiéndola diseñar y ser exactamente igual al hueso dañado que se quiere reemplazar. Sobre esa pieza se hacen crecer en el laboratorio células del propio paciente que luego recibirá el trasplante.
Para clarificar los beneficios de la técnica, Horak brindó un ejemplo concreto: “Se podría reemplazar un trozo del fémur de un paciente con cáncer óseo. La idea sería que esa estructura sea obtenida con una impresora 3D con la forma exacta del hueso de la persona y luego se le implanten células propias del paciente. Una vez dentro del cuerpo se irá conformando el hueso sobre esa estructura a medida que el polímero se va degradando naturalmente. Es decir, se vuelve a regenerar nuevo hueso”.
Pero para que el proceso sea exitoso la pieza de material reabsorbible debe tener afinidad por las células y degradarse a la velocidad en que las mismas crecen. Por esta razón se utiliza la irradiación, ya que permite alcanzar dos objetivos estratégicos del proyecto: por un lado, ayudar a regular la tasa de degradación, logrando que se degrade el polímero dentro del cuerpo y que las células óseas crezcan. Y, por otro, modificar la superficie del polímero para que las células se unan y no se pierdan cuando son implantadas en el paciente.
Una vez implantado el material se va degradando naturalmente hasta desaparecer por completo del cuerpo del paciente; mientras que las células agregadas en el laboratorio van creciendo y regenerando el hueso nuevo sobre esa estructura implantada.
De esta manera se logra que la regeneración ósea –que naturalmente es un proceso muy largo y doloroso– sea más breve. Además, por sus características, estas piezas resultan especialmente adecuadas para implantar en personas jóvenes, ya que el hueso regenerado tendrá las mismas características que el hueso donde se implantó y será para toda la vida.
Actualmente los especialistas de la CNEA están realizando una serie de pruebas con distintos biomateriales para establecer cuál es el más adecuado para la regeneración ósea, junto con diversos ensayos de citotoxicidad y biocompatibilidad requeridos por la Administración Nacional de Medicamentos, Alimentos y Tecnología Médica (ANMAT). También se están llevando a cabo pruebas con distintas dosis de radiación para evaluar cómo reaccionan los materiales utilizados. Una vez concluido el desarrollo del biomaterial, el objetivo de los científicos de la CNEA es poder hacer la transferencia tecnológica para que se pueda producir a escala industrial.
Nota editorial: Agradecemos a la Gerencia de Comunicación y al Departamento de Prensa y Comunicación de la Comisión Nacional de Energía Atómica de Argentina por este interesante artículo y material fotográfico.
