En traumatología, la mayoría de las fracturas involucran lesiones en los huesos de las piernas, de los brazos o de la columna vertebral. Para su tratamiento los cirujanos utilizan dispositivos conocidos como implantes ortopédicos, tales como clavos, placas o tornillos, los cuales tienen como función principal sujetar o fijar los huesos rotos, corregir anomalías en un hueso o en algún tendón desgarrado. Aunque este procedimiento es muy eficiente para la sanación de fracturas, es necesario realizar una segunda operación para retirar el implante, lo que repercute en la calidad de vida del paciente y en hacer gastos adicionales para su completa recuperación.

Existen principalmente 2 causas por las que debe realizarse una segunda cirugía para retirar el implante ortopédico: Una de ellas es debido al desarrollo de alguna infección o rechazo del organismo, en este caso la cirugía para retirar el implante debe realizarse de manera inmediata. La mayoría de las infecciones asociadas a dispositivos ortopédicos son debidas a microorganismos Gram positivos que son parte de la biota normal de la piel incluyendo Staphylococcus coagulasa negativa y Staphylococcus aureus, así como a microorganismos Gram negativos como Pseudomonas aeruginosa. El Instituto Mexicano del Seguro Social (IMSS) estima que de 30,000 a 35,000 pacientes desarrollan, anualmente, infecciones asociadas a una cirugía ortopédica, lo que afecta de manera importante a las finanzas de la institución. La segunda causa de cirugía es cuando después de un tiempo adecuado de sanación, los tejidos blandos han mejorado y la fractura ha sanado lo suficiente. En este caso, de no realizarse el retiro del implante puede causar molestias, ya que los implantes ortopédicos son fabricados principalmente de materiales rígidos como el acero grado quirúrgico, Titanio o aleaciones Cromo-Cobalto (Cr-Co).

En el Laboratorio de Materiales Compuestos y Recubrimientos Funcionales del Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica (CIDETEQ) trabajamos en el desarrollo de materiales bifuncionales: Biocompatibles (Bio-absorbibles) y antibacteriales para su uso como implantes temporales, específicamente como clavos, tornillos y placas para traumatología. Los materiales biocompatibles (bio-absorbibles) son aquellos que son capaces de degradarse progresivamente en el cuerpo humano, produciendo compuestos no tóxicos que pueden ser fácilmente absorbidos o excretados. En éste caso, éstos materiales están diseñados a base de un sustrato de Magnesio (Mg) recubierto con una película protectora de aleación Cinc-Manganeso (Zn-Mn).

Debido a sus características mecánicas (dureza, resistencia, elongación) similares a las de hueso cortical humano, a su bajo peso y a su inherente bio-compatibilidad, es decir, a que sus productos de degradación no son tóxicos y son completamente absorbidos por la sangre y posteriormente desechados a través de la orina, el Mg es ideal para ser utilizado como implante metálico ortopédico temporal. A pesar de estas ventajosas características, diversos problemas han sido detectados en el uso de magnesio como implante temporal, p.e. restenosis. Estos efectos nocivos son principalmente ocasionados por la alta velocidad de degradación (corrosión) de los implantes de Mg en medios fisiológicos, lo que ocasiona que el implante se degrade totalmente antes de la completa sanación de los tejidos o fractura. Una alternativa para retardar la degradación de Mg, es recubrirlo con una película protectora metálica, en este caso de aleación Zn-Mn. La aleación Zn-Mn se degrada a una velocidad mucho menor que la de Mg, adicionalmente, la velocidad de degradación de la aleación Zn-Mn se puede modular (aumentar o disminuir), modificando la cantidad de Mn en la aleación, por lo que es posible controlar el tiempo de vida del material. Por lo tanto, en un medio fisiológico, posterior a la degradación controlada de la aleación Zn-Mn, el sustrato de Mg se degradará rápidamente hasta su desaparición después de un tiempo determinado.

Un punto a destacar es que los 3 metales utilizados Mg, Zn y Mn son biocompatibles, es decir, que sus productos de degradación no son tóxicos y el cuerpo humano fácilmente los absorbe y desecha de manera natural. Al ser un material bio-compatible, el cuerpo humano no va a desencadenar una respuesta inmunológica ante dicho material, evitando una reacción inflamatoria (liberación de citocinas proinflamatorias entre ellas factor de necrosis tumoral, TNF).

Para prevenir el crecimiento de bacterias y evitar la formación de una biopelícula sobre el implante, durante la formación de los recubrimientos Zn-Mn sobre la superficie de Mg, se ocluyen nanopartículas de Plata (AgNPs) en la matriz de la aleación Zn-Mn, las cuales tienen probadas propiedades antibacteriales, específicamente las AgNPs eliminan e inhiben el crecimiento de bacterias de ambos tipos: Gram negativas como Pseudomonas aeruginosa y Gram positivas como Staphylococcus Aureus. De esta manera se forma el material composito Zn-Mn/AgNPs sobre la superficie de Mg, obteniendo un material bifuncional: Biocompatible y antibacterial, que tiene como propósito evitar ambos eventos: una segunda cirugía para retirar el implante y la formación de biopelículas sobre la superficie del implante, disminuyendo los riesgos de una infección asociada a la cirugía.

Hoy en día, el desarrollo de implantes ortopédicos temporales a base de metales bifuncionales: biocompatibles y antibacteriales, es un campo de investigación y desarrollo emergente, en el que su principal característica es prevenir las infecciones en la zona de operación, así como la completa disolución del dispositivo metálico después de un periodo de tiempo de vida útil determinado, sin que sus productos de degradación induzcan problemas toxicológicos y puedan ser absorbidos y desechados por el cuerpo humano. Los materiales Bifuncionales: biocompatible y antibacteriales Zn-Mn/AgNPs/Mg desarrollados, se encuentran aún en fase de pruebas y se presentan como una alternativa real para resolver los problemas asociados con infecciones y eliminar segundas cirugías para retirar los implantes ortopédicos.

* Autores:

Dr. Gabriel Trejo Córdova

Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica (CIDETEQ)

gtrejo@cideteq.mx

Ing. Q. Jazmín García Márquez

Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de San Felipe del Progreso

jazmingarciamar@hotmail.com

M. en EQ. Sandra Julieta Acosta López

Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica (CIDETEQ)

sacosta@cideteq.mx

M. en EQ. Arturo Villa Mondragón

Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica (CIDETEQ)

avilla@cideteq.mx

M. en C. Claudia Ríos Álvarez

Universidad Autónoma de Querétaro (UAQ)

claudiariosalvarez@gmail.com