Biomateriales metálicos endoprotésicos: biocompatibilidad y biodegradación

Abstract

Los materiales de osteosíntesis temporales biodegradables deben mantener sus características mecánicas hasta que el cuerpo repare el daño producido. Después deben degradarse y reabsorberse de forma paulatina sin producir efectos adversos, ni locales ni sistémicos, en el organismo. Así se evita una nueva intervención quirúrgica para retirar el material de osteosíntesis. En este contexto, el objetivo de este trabajo de investigación ha consistido en estudiar biomateriales metálicos endoprótesiscos de base magnesio. La evaluación de las propiedades físicas y mecánicas y el control de la velocidad de degradación ha sido el objeto de los primeros estudios de este trabajo que se realizaron in vitro. Para ello se ensayaron diferentes materiales: Mg colado, Mg pulvimetalúrgico y la aleación AZ31, tanto en estado de recepción como modificados mediante un tratamiento en ácido fluorhídrico, que genera un recubrimiento de fluoruro de magnesio. También se ha comprobado la biocompatibilidad de dichos materiales en cultivos celulares. Tras estos estudios, ell material seleccionado en base a la caracterización in vitro fue la aleación AZ31, por presentar mejores propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión en medio fisiológico además de por su compatibilidad en cultivo con líneas celulares de pre-osteoblastos y fibroblastos. La aleación AZ31 fue ensayada in vivo como varilla intramedular en fémures de ratas Wistar, según un diseño experimental donde los parámetros de estudio fueron los siguientes: el tiempo de permanencia de la varilla (de 0 a 13 meses), la presencia o no de fractura ósea y que la aleación AZ31 no presentase recubrimiento o tuviese una capa de fluoruro de magnesio. Se ha llevado a cabo el estudio de su biodegradación mediante tomografia y estudios histológicos e histomorfométricos. También se ha evaluado la respuesta sistémica, mediante el análisis de trazas metálicas acumuladas en distintos órganos (riñón, hígado, pulmones, bazo y cerebro), analizadas por ICP-MS (Mg, Al, Zn y Mn) y por electrodo selectivo (F), así como su posible toxicidad en función de esta cuantificación. Estas trazas derivan del proceso de biodegradación de la aleación AZ31 al ser insertada in vivo como varilla intramedular. La respuesta local y la biocompatibilidad al insertar la aleación AZ31, con y sin recubrimiento de fluoruro de magnesio, han sido satisfactorias, ya que la aleación AZ31 ha sido capaz de mantener sus propiedades mecánicas y su resistencia a la corrosión el tiempo suficiente como para permitir la reducción de la fracturas en los animales experimentales. El gas producido en el proceso de biodegradación de la aleación AZ31 se intercambia y difunde a través de los tejidos circundantes, no alterando la formación ni la morfología del callo óseo. La cuantificación de las trazas metálicas en los distintos órganos, derivadas de la biodegradación de la aleación AZ31, permite evidenciar que factores como la fractura o el tratamiento de conversión química de la aleación AZ31 no influyen en la acumulación de dichas trazas en los distintos órganos. El elemento químico de mayor interés desde el punto de vista toxicológico fue el Al. Los resultados han sido favorables al empleo endomedular de esta aleación, pues solamente el 3,95 % del Al contenido en el implante original se depositó en los órganos estudiados tras 13 meses desde su inserción. La acumulación del Al en el cerebro no es estadísticamente significativa, a diferencia del resto de los órganos, donde el incremento sí lo es. La respuesta local, sistémica y toxicológica a la inserción de estos implantes permite afirmar que en el diseño animal planteado, la aleación de magnesio AZ31 puede ser usada como material de osteosíntesis. Por último, las concentraciones sistémicas de trazas metálicas no alcanzan niveles susceptibles de ser considerados tóxicos en el modelo animal planteado.