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Los investigadores reunidos a la 17ª Conferencia Europea de Biomateriales, organizada por la UPC, plantean los retos científicos del diseño de materiales implantables en el cuerpo humano
El objetivo de los científicos está en la ingeniería de tejidos, la liberación controlada de fármacos mediante materiales biodegradables y la reproducción de tejidos idénticos a los naturales por vía biomimética merced a las nanotecnologías.
Actualmente, el objetivo científico se centra en la ingeniería de tejidos, es decir, en el diseño de materiales que cumplan en sí mismos algún tipo de función biológica. Esto implica aprovechar el conocimiento de la biología celular y la biología molecular para saber cómo interacciona una célula con su entorno. Este conocimiento puede permitir a los científicos controlar el crecimiento y la proliferación de células sobre un sustrato, y, por lo tanto, poder elaborar in vitro, en el laboratorio, tejidos que se podrán implantar en el paciente y que serán tratados por el organismo como propios.
La liberación controlada de fármacos es otro de los objetivos científicos en el campo de los biomateriales. Los científicos trabajan para diseñar materiales que puedan traer asociado químicamente o física el fármaco específico que se quiere suministrar a un punto determinado del organismo. Por lo tanto es posible diseñar un material que pueda interaccionar fácilmente con las células o tejidos que se quieren tratar, por ejemplo siendo biodegradable en el ambiento biológico donde se quiere que actúe. Esto puede significa incluso en el interior de una célula.
Para conseguir todos estos objetivos, los científicos apuestan por las nanotecnologías, que permiten tratar los materiales a nivel molecular y pueden ayudar a resolver muchos problemas en este ámbito no resueltos hasta ahora. Las nanotecnologías pueden permitir ensamblar moléculas como lo hacen los tejidos naturales y, por lo tanto, pueden ayudar a controlar la elaboración de tejidos idénticos a los naturales por vía biomimètica.
A lo largo de la conferencia
se han presentado las últimas novedades en formulaciones de cementos
óseos, aleaciones con memoria de forma, biomateriales y componentes
para fabricar sistemas ortopédicos y dentales, así como
compuestos biodegradables para fabricar implantes óptimos para
el cuerpo humano.
Entre otras
intervenciones, han destacado las de los profesores norteamericanos Samuel
I. Stupp, de la Northwestern University, y uno de los primeros investigadores
en nanotecnología aplicada a escala molecular, y Larry V. McIntire,
de la Rice University, y gran experto internacional en ingeniería
de tejidos. Stupp ha descubierto un sistema para desarrollar materiales
biomiméticos a base de ensemblar moléculas orgánicas
e inorgánicas, con el mismo procedimiento que lo hace la propia
naturaleza. Larry McIntire, profesor y jefe del Departamento de Ingeniería
de la Rice University y experto internacional en ingeniería de
tejidos, ha descubierto un nuevo método para cultivar células
sobre un substrato sintético con el fin de reproducir tejido biológico,
lo cual tiene aplicaciones en la reconstrucción de arterias o de
vasos sanguíneos. Sus investigaciones han sido muy útiles
para estudiar, entre otras cosas, las metástasis de cáncer.
La investigación
del CREB
El Centro de investigación en Ingeniería Biomédica
(CREB) de la UPC ha presentado en esta Conferencia las cuatro grandes
líneas de investigación en que trabaja actualmente:
1 - Elaboración de materiales biodegradables (cementos óseos de fosfatos de calcio, vidrios solubles y materiales compòsits), que sirvan como andamio para el cultivo de células en ingeniería de tejidos. Los cementos óseos de fosfatos de calcio con porosidad controlada pueden ser colonizados por células óseas para regenerar el tejido óseo. Otra alternativa son los vidrios solubles, sobre todo si estos se pueden hacer altamente porosos para que las células óseas los puedan colonizar y crecer en su interior. Después, el vidrio se acabará disolviendo cuando el tejido óseo ya esté formado. Finalmente, los materiales compòsits biodegradables a base de vidrio soluble y de plástico biodegradable, como el ácido poliláctico, son también candidatos a estas aplicaciones.
2 - Modificación de superficies metálicas, de titanio, para que sean bioactivas y sobre las cuales pueda crecer tejido óseo sano. Se consigue crear una capa de mineral idéntico al del hueso sobre la superficie metálica que promueve el crecimiento de este tejido cuando se implanta.
3 - Diseño de materiales con memoria de forma para aplicaciones óseas. Se desarrollan sistemas basados en las propiedades de los materiales con memoria de forma para aplicaciones dentales y maxilofaciales.
4 - Simulación por ordenador de tejidos y prótesis, así como de su crecimiento. El método de los elementos finitos permite simular informáticamente el funcionamiento de un disco intervertebral y extraer los parámetros de funcionamiento más relevantes. También se puede modelizar el comportamiento de una posible prótesis de disco intervertebral. Finalmente el método de los elementos fenecidos es lo suficiente potente como para modelizar el crecimiento de un tejido, por ejemplo desprendido de una fractura ósea.
Además de
las conferencias, las principales empresas de bioingeniería
(MDMnet, Medicarb, Fibrogen, Isotis, Stryker Howmedica Osteonica, Kluwer,
Q.sin, Karger, Klockner implantes, FEI Company, Invibio, Springer, CSM
Instrumentos e Instron) exponen en una feria sus productos y servicios
más relevantes para la investigación, el desarrollo y la
innovación en este campo, con las aplicaciones médicas más
importantes. En la misma feria, se presentan 10 proyectos de investigación
europeos que se están llevan a cabo en el marco del programa de
investigación en biomateriales de la Unión Europea.
La
17a Conferencia Europea de Biomateriales otorga este año el Premio
George Winter al mejor investigador senior/ en bioingeniería al
profesor Jan Feijen, de la universidad holandesa de Twente, por su trayectoria
profesional y por su aportación científica en el ámbito
de los plásticos implantables. Y también concede el Premio
Jean LeRay al mejor investigador joven al doctor Rui Reyes, de la Universidad
don Minho, por sus trabajos de investigación en ingeniería
de tejidos y en plásticos biodegradables.
Foro de jóvenes
científicos
En el mismo contexto, el viernes, día 12, tiene lugar el II
Foro de Jóvenes Científicos (http://www.esb2002.com/prg01.html)
de este ámbito. El objetivo es discutir sobre la enseñanza
y las salidas profesionales y científicas en este campo. También
se quieren promover homologaciones de estudios dentro de esta disciplina
entre las universidades europeas.
En el ámbito
de la educación se presentarán los programas de enseñanza
de primeros ciclos y de postgrado sobre biomateriales que existen en Europa.
Se ha hecho patente la necesidad de desarrollar planes de estudio comunes
entre los diferentes países europeos para poder establecer un nivel
internacional claramente definido de calidad, experiencia y calificación
que facilite la selección profesional e incremente las oportunidades
laborales de los graduados en esta materia.
Con respecto
a las oportunidades profesionales, están evolucionando en paralelo
a los recientes adelantos científicos. Por lo tanto, se profundizará
en la experiencia y la calificación que las empresas de biomaterials
y las universidades piden a los nuevos empleados. En cuanto a los campos
de investigación emergentes, es importante tenerlos en cuenta a
la hora de crear nuevos planes de estudio y de aumentar las oportunidades
laborales.
Curriculums
Samuel
I. Stupp es catedrático de Ciencia de los Materiales, Química
y Medicina en la Universidad de Northwestern (EE.UU.), licenciado
en Ciencias por la Universidad de California y doctorado por la Universidad
de Northwestern. En el laboratorio de esta última ha desarrollado
investigaciones que incluyen materiales supramoleculars, biomaterials
para la reparación de tejidos humanos en medicina, propiedades
ópticas de sólidos orgánicos, moléculas dendríticas
que cambian las propiedades de los polímeros, y síntesis
de semiconductores nanoestructurados. En el campo de los biomateriales,
Stupp se ha interesado muy especialmente en la síntesis molecular
de materiales para la reparación de aquellas partes del organismo
humano ligadas por receptores celulares o membranas. Dirigiendo el mismo
laboratorio, Samuel I. Stupp ha estudiado la formación de materiales
híbridos que contienen, al mismo tiempo, componentes orgánicos
e inorgánicos para diseñar funciones de una gran complejidad.
Larry V. McIntire
es catedrático del Departamento de Ingeniería en la Rice
University (EE.UU.).
Licenciado en la Cornell University y doctorado en Princeton, McIntire
ha centrado sus investigaciones en los aspectos de bioingeniería
de la biología vascular, la ingeniería celular y la ingeniería
de los tejidos. Uno de los campos en que se basa su investigación
es la interacción entre la biología celular, la biología
molecular y otros aspectos de interés para estudiar el sistema
cardiovascular. Dentro de este área, ha desarrollado diferentes
modelos para estudiar la trombosis, y ha hecho la modulación de
interacciones adhesivas de células endoteliales que marcan las
paredes de las venas y arterias en el cuerpo humano, una investigación
que ha servido para estudiar, entre otras cosas, las metástasis
de cáncer.
2002-09-30
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