1. Instituto Tecnológico de Tijuana
Catedrático: Ing. LEANDRO BARRAGÁN
UNIDAD 5
BIOMATERIALES
 Escalona Claudia
 Huizar Alan
 Montes Crys
 Ochoa Violeta
 Reyes Andrea
 Valdez Herolinda
 Villar Paloma
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2. UNIDAD 5
BIOMATERIALES
5.1. INTRODUCCION
Más de cincuenta millones de personas en todo el mundo tienen implantado algún tipo de prótesis
y es un hecho bien conocido en nuestra sociedad la utilidad y necesidad de todo tipo de implantes,
siendo raro que en nuestro entorno próximo no conozcamos algún caso de familiar o amigo que los
necesite.
Una motivación importante para ello ha sido el hecho de que la esperanza de vida aumente de
forma considerable.
Los biomateriales deben cumplir con las condiciones de partida de ser biocompatibles y asegurar
una determinada vida media. A su vez, tienen que aportar las prestaciones específicas que
requiera la aplicación a que vayan destinados.
En la actualidad, el mundo de los biomateriales se formula tres importantes cuestiones:
¿Qué calidad de vida proporcionarán?
¿Cuánto durarán?
¿Cuál es su precio?
A los biomateriales, materiales implantables intra-corporalmente, se les exige que lleven a cabo
una función adecuada, y no ocasionen ningún daño al organismo. Entre sus características no
puede faltar la de ser biocompatibles, esto es, biológicamente aceptables. Factores decisivos a la
hora de evaluar los biomateriales son su biocompatibilidad y su duración.
5.1.1. Importancia
Los dispositivos construidos con biomateriales están cobrando creciente importancia y su número
aumenta continuamente.
La prevención, el diagnóstico y el tratamiento de muchos trastornos de la salud se han hecho
posibles a la existencia de nuevos materiales y de formulaciones, y dispositivos que participan en
ellos.
En la actualidad, en muchos casos, los biomateriales se han convertido en los factores
determinantes de la factibilidad y del éxito de una determinada práctica médica.
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3. 5.1.2. Estado del arte
El estado del arte incluyen los avances tecnológicos que se están llevando a cabo en los últimos
años para mejorar la apariencia estética de los biomateriales y poder utilizarlos en diversos ámbitos
industriales y médicos, las mejoras en respuesta al organismo y adaptabilidad con el mismo, el
estudio de sus propiedades y aplicaciones.
Los experimentos en animales
• Cangrejo herradura – Endotoxinas
• Puerco – implantes
• Bacterias – genotoxicidad
• Conejos – Oídos, piel, pirógenos
• Ratones de guinea– piel,
• ratones – genotoxicidad
• Personas – largo tiempo
Últimos avances tecnológicos y estéticos en:
1. Las articulaciones artificiales de cadera
2. Biomateriales para implantes
3. Lentes intraoculares
4. Injertos vasculares y prótesis
5. Prótesis sensible
6. Los andamios de polímeros sintéticos
7. Soportes para la ingeniería de tejidos
8. Diseño Asistido por Computadora de la vasculatura
5.1.3. Tipos de biomaterials
En función se su estructura se clasifican en:
Metales y Aleaciones
Una aleación es la mezcla de dos o más metales, en esta categoría las aleaciones más importantes
son las de: Acero inoxidable, Cobalto-Cromo, Aluminio-zinc y las de titanio. La aplicación principal
de estas aleaciones, son remplazar sistemas de unión como la cadera y la rodilla, se utilizan
también para realizar placas para huesos, tornillos, clavos, etc., así como en la elaboración de
instrumental quirúrgico.
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4. Polímeros
Gracias a sus propiedades y al fácil manejo de estas, además de de su costo y efectividad que
garantizan, los polímeros se han convertido en una fuente muy importante para la obtención de
biomateriales. Los polímeros mas utilizados son: poli (cloruro de vinilo), poli (propileno), poli
(Metacrilato de metilo), poliestireno y sus copolimeros
Dentro de sus aplicaciones más importantes se encuentran la elaboración de dispositivos para
diálisis, válvulas de corazón, implantes oculares y dispositivos ortopédicos entre otros.
Los biomateriales elaborados por polímeros se pueden clasificar de la siguiente manera:
biodegradables y bioabsorbibles.
 biomaterial-biodegradable, es aquel, que se descompone después de un cierto
período de tiempo dentro del organismo, el organismo es capaz de desecharlo, pero en
algunas ocasiones se quedan pequeños residuos.
 biomaterial-bioabsorbible, es aquel, que el organismo es capaz de metabolizar y
resintetizar en compuestos que puedan ser absorbidos, como lo son las proteínas, o bien
pueden ser desechados por completo.
Cerámicos
Los cerámicos son compuestos policristalinos, normalmente inorgánicos como los silicatos, óxidos
metálicos, carburos e hidruros. Los cerámicos que se utilizan en la elaboración de biomateriales,
normalmente reciben el nombre de biocerámicos y se pueden clasificar de la siguiente
manera: absorbibles, no absorbibles o inertes y con superficie de reacción.
 biocerámico-absorbible, es aquel, que el organismo es capaz de metabolizar y
resintetizar en compuestos que puedan ser absorbidos, normalmente son elaborados de
fosfatos, óxidos, etc. Su aplicación más común se encuentra en la reparación de huesos.
 biocerámico-no absorbible o inerte, es aquel, que el organismo no es capaz de
metabolizar y resintetizar en compuestos que puedan ser absorbidos, estos son no tóxicos,
no producen ninguna alergia ni reacción secundaria, son totalmente biocompatibles y
resistentes a la corrosión. Sus principales aplicaciones son: prótesis de cadera, válvulas de
corazón, válvulas respiratorias, etc.
 biocerámico-con superficie de reacción, es aquel, que el organismo utiliza sólo por un
período de tiempo, esto debido a sus propiedades. Entre estos materiales se encuentran el
Bioglass y el Ceravital, los cuales consisten en una mezcla de óxidos de silicón, calcio, sodio,
fósforo, magnesio y potasio.
Compuestos
Un biomaterial es un compuesto sólido que contiene dos o más componentes unidos para formar
una estructura integra. Ejemplos de estos tipos de compuestos son los utilizados en el área médico-
dental, tales como: inclusiones inorgánicas de cuarzo con una matriz acrílico-polímero;
Componentes ortopédicos como pueden ser: inclusiones de fibra de carbón con una matriz de
polietileno.
Material Biológico
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5. Este grupo esta formado por piel natural, arterias, venas y otros componentes que son utilizados
como tejidos.
Sus aplicaciones más comunes son en cirugías plásticas, implantes de piel, reconstrucción de
músculos, tendones y ligamentos. Uno de los productos mas comerciales dentro de este grupo es el
colágeno, el cual, esta elaborado por celulosa y algunos poli-aminoácidos, como la glutamina y la
lisina.
Esto nos permite tener una idea de la importancia que tienen los biomateriales dentro de la vida
del ser humano, por lo que es de suma importancia que el estudio, la investigación y el desarrollo
de estos materiales continúen.
En función a la respuesta de su organismo:
 Inertes Sin respuesta
 Interactivos Respuesta específica “prediseñada” (Crecimiento de tejido, adhesión)
 Viables Respuesta como a tejido normal (Absorción y/o remodelación)
 Reimplantados Respuesta armónica. Cultivos in vitro de células de un paciente específico.
Actualmente en etapa experimental.
Biomateriales inertes
Estos materiales son aceptados por el cuerpo ya que son biológicamente inertes y además pueden
resistir largos periodos en un entorno altamente corrosivo, como es la presencia de los fluidos
corporales. El inconveniente de estos materiales es que en la interficie entre el implante y el tejido
huésped siempre queda una pequeña separación dando lugar a la formación de una delgada
cápsula fibrosa no-adherente alrededor del implante. Puede tener lugar la formación de hueso en
su superficie pero no hay enlace entre el material bioinerte y el tejido huésped.
El titanio, el cromo-cobalto y sus aleaciones pertenecen a este grupo de materiales. Sus
propiedades mecánicas (tensión de fatiga, resistencia a la corrosión y deformación plástica) son
adecuadas para ser utilizados como prótesis permanentes.
La utilización del acero inoxidable (grado médico) se reserva para implantes no-permanentes pues
presenta una pobre resistencia a la corrosión. El uso de la alúmina y zirconia (Al2O3 y ZrO2)
también está limitado debido a su pobre resistencia a la ruptura (bending-induced rupture)
aunque son óxidos muy estables con excelente resistencia a la fricción y corrosión. Sin embargo, son
materiales excelentes para ciertas partes de una prótesis donde se precise baja fricción y stress
compresivo como ocurre en la cabeza de una prótesis de cadera.
Biomateriales interactivos (Bioactivos)
Los materiales Bioactivos, al verse expuestos a los fluidos corporales reaccionan químicamente,
dando lugar a la formación de un fuerte enlace interfacial entre el implante y el tejido huésped.
Según la composición de este tipo de materiales, pueden presentar un comportamiento biológico
osteoconductor como la hidroxiapatita de alta densidad (HA) u osteopromotor como los vidrios
bioactivos y algunas cerámicas vítreas.
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6. Un material bioactivo es aquel que proporciona una respuesta biológica específica en la interfase
del material, que resulta en la unión entre el material y los tejidos. Todo material bioactivo forma
una unión interfacial con tejidos adyacentes.
Biomateriales viables
Los materiales Biodegradables o Bioreabsorbibles, se diseñan para degradarse gradualmente y de
esta manera poder ser reemplazados por el tejido huésped. Los constituyentes de estos materiales
degradados deben ser aceptados por el organismo y es necesario un ajuste de la razón de
biodegradación del material con la razón de formación del nuevo tejido.
Los materiales cerámicos reabsorbibles, se emplean en todo tipo de reconstrucciones óseas: como
material de relleno para defectos irregulares en cirugía maxilofacial y ortopédica, para fijar y
reemplazar el hueso. Entre los cerámicos bioreabsorbibles, destacan la hidroxiapatita (HA) porosa,
el fosfato tricálcico y el cemento de hidroxiapatita.
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7. 5.2. BIOMATERIALES DUROS
Definición:
Sustancias naturales o sintéticas que se pueden poner en contacto con los tejidos vivos sin
provocar daños o alteraciones mientras mantienen su efectividad física y biológica.
Clasificación en función a su estructura:
Metales: Átomos unidos por enlaces metálicos
Cerámicos: Compuestos inorgánicos unidos por enlaces iónicos y covalentes.
5.2.1. Estructura y propiedades de los biomateriales
Objetivo General
La asignatura describe los materiales naturales, o materiales biológicos, desde la perspectiva de su
composición, estructura y propiedades, poniendo de relieve el interés que tienen estos materiales
desde el punto de vista de la optimización del material y eficiencia del diseño, que puede servir de
modelo en el diseño de materiales artificiales (enfoque biomimético). Se describen los tejidos tanto
vegetales como animales, y se plantea el estudio de los biomateriales como materiales diseñados
para sustituir y/o regenerar estos tejidos, con finalidades terapéuticas o de diagnostico clínico. Se
revisan los diferentes tipos de biomateriales, sus características y las interacciones entre los
biomateriales y el organismo receptor. Se describen también las técnicas que permiten evaluar la
biocompatibilidad de los materiales
Objetivos específicos
• Conocer la composición, estructura y propiedades de los materiales naturales más
importantes.
• Conocer las aportaciones del enfoque biomimético en el diseño de materiales.
• Familiarizarse con las características comunes y los rasgos diferenciales de los diferentes tipos
de materiales utilizados en medicina.
• Conocer los principios básicos de la biocompatibilidad de los materiales para aplicaciones
médicas.
• Discernir los criterios fundamentales que deben cumplirse porque un material pueda
implantarse.
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8. • Conocer los principios biológicos que afectan a las interacciones del organismo receptor con
los biomateriales (respuesta del organismo receptor) y relacionarlos con el comportamiento
en servicio de los biomateriales (respuesta/degradación de los biomateriales).
Tipos de materiales
Por conveniencia la mayoría de los materiales de la ingeniería están divididos en tres grupos
principales materiales metálicos, poliméricos , y cerámicos
Materiales metálicos.
Estos materiales son sustancias inorgánicas que están compuestas de uno o más elementos
metálicos , pudiendo contener también algunos elementos no metálicos , ejemplo de elementos
metálicos son hierro cobre , aluminio , níquel y titanio mientras que como elementos no metálicos
podríamos mencionar al carbono.
Los materiales de cerámica , como los ladrillos , el vidrio la loza , los aislantes y los abrasivos , tienen
escasas conductividad tanto eléctrica como térmica y aunque pueden tener buena resistencia y
dureza son deficientes en ductilidad , confortabilidad y resistencia al impacto.
Polímeros , en estos se incluyen el caucho (el hule), los plásticos y muchos tipos de adhesivos . Se
producen creando grandes estructuras moleculares a partir de moléculas orgánicas obtenidas del
petróleo o productos agrícolas.
Estructuras cristalinas
La primera clasificación que se puede hacer de materiales en estado sólido, es en función de cómo
es la disposición de los átomos o iones que lo forman. Si estos átomos o iones se colocan
ordenadamente siguiendo un modelo que se repite en las tres direcciones del espacio, se dice que
el material es cristalino. Si los átomos o iones se disponen de un modo totalmente aleatorio, sin
seguir ningún tipo de secuencia de ordenamiento, estaríamos ante un material no cristalino ó
amorfo. En el siguiente esquema se indican los materiales sólidos cristalinos y los no cristalinos.
En el caso de los materiales cristalinos, existe un ordenamiento atómico (o iónico) de largo alcance
que puede ser estudiado con mayor o menor dificultad. Ahora bien, realmente ¿necesitamos
estudiar los materiales a nivel atómico?
Para responder a esta cuestión, podemos estudiar las principales propiedades de dos materiales tan
conocidos como son el grafito y el diamante. El grafito es uno de los materiales más blandos (tiene
un índice de dureza entre 1y 2 en la escala Mohs), es opaco (suele tener color negro), es un buen
lubricante en estado sólido y conduce bien la electricidad. Por contra, el diamante es el material
más duro que existe (10 en la escala Mohs), es transparente, muy abrasivo y un buen aislante
eléctrico.
Como vemos, son dos materiales cuyas principales propiedades son antagónicas. Pero, si pensamos
en sus componentes, nos damos cuenta que tanto uno como el otro están formados únicamente
por carbono. Entonces, ¿a qué se debe que tengan propiedades tan dispares? La respuesta está en
el diferente modo que tienen los átomos de carbono de enlazarse y ordenarse cuando forman
grafito y cuando forman diamante; es decir, el grafito y el diamante tienen distintas estructuras
cristalinas.
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9. La ciencia de materiales clasifica a todos los materiales en función de sus propiedades y su
estructura atómica. Son los siguientes:
 Metales
 Cerámicos
 Polímeros
 Materiales compuestos
 Semiconductores
Aplicaciones y relación con la industria
Los avances radicales en los materiales pueden conducir a la creación de nuevos productos o
nuevas industrias, pero las industrias actuales también necesitan científicos de materiales para
incrementar las mejoras y localizar las posibles averías de los materiales que están en uso. Las
aplicaciones industriales de la ciencia de materiales incluyen la elección del material, su coste-
beneficio para obtener dicho material, las técnicas de procesado y las técnicas de análisis.
Además de la caracterización del material, el científico o ingeniero de materiales (aunque haya
una diferencia, muchas veces el ingeniero es científico y viceversa) también debe tratar la
extracción y su posterior conversión en materiales útiles. El moldeo de lingotes, técnicas de fundido,
extracción en alto horno, extracción electrolítica, etc., son parte del conocimiento requerido en un
ingeniero metalúrgico.
Dejando aparte los metales, polímeros y cerámicas son también muy importantes en la ciencia de
materiales. Los polímeros son un material primario usado para conformar o fabricar plásticos. Los
plásticos son el producto final después de que varios polímeros y aditivos hayan sido procesados y
conformados en su forma final. El PVC, polietileno, etc., son ejemplos de plásticos.
En lo que respecta a los cerámicos, se puede citar la arcilla, así como su modelado, secado y cocido
para obtener un material refractario.
5.2.2. Materiales metálicos
5. Acero inoxidable
6. Cobalto-Cromo
7. Titanio
8. aleaciones con memoria de forma Niobio
9. Tantalio
En la década de 1920, Reiner Erdle y Charles Orange, quienes unieron sus conocimientos de médico
dentista y metalurgia respectivamente, desarrollaron la aleación Vitallium, que fue el primer
biomaterial metálico aleado con características mecánicas de biocompatibilidad y de resistencia a
la corrosión, aceptables para aplicaciones en prótesis quirúrgicas.
Esta aleación de cobalto (65 por ciento de Co, 30 por ciento de Cr y 5 por ciento de Mo), fue el
punto de partida para una serie de investigaciones multidisciplinarias en el desarrollo de nuevas
aplicaciones ortopédicas, como clavos, tornillos y fijadores de huesos fracturados, además de varios
tipos de implantes de reemplazo articular, como cadera, rodilla, hombro, codo, entre otras.
Posteriormente, en la década de 1930 se desarrolla el acero inoxidable grado quirúrgico 316LQ, que
es un acero con bajo contenido de carbono, 18 por ciento de cromo, 8 por ciento de níquel, y 2 por
ciento de molibdeno.
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10. Otras aleaciones que han tomado gran importancia en aplicaciones aeronáuticas y aeroespaciales,
así como en aplicaciones médicas para implantes quirúrgicos, son las de base titanio, especialmente
la aleación Ti6Al4V, la cual presenta ventajas superiores en peso, propiedades mecánicas y de
resistencia a la corrosión con respecto a las aleaciones base cobalto y acero inoxidable. Sin
embargo, tiene una resistencia baja al desgaste, así como un alto costo.
Esta aleación ha sido modificada, intercambiando el Vanadio por el Niobio, lo cual ha dejado una
notable mejora en el índice de biocompatibilidad. Por otra parte, con el objeto de incrementar la
resistencia al desgaste, se ha implementado el uso de recubrimientos duros en cabezas femorales,
aplicados mediante técnicas de depositación física en fase vapor (PVD), además de utilizar
materiales cerámicos como alúmina (Al2O3) o circonia (ZrO2).
Se buscan nuevas técnicas de procesamiento para maximizar las propiedades mecánicas de las
aleaciones actuales y lograr que sus superficies tengan texturas adecuadas para inducir la respuesta
biológica deseada. Por ejemplo, está en estudio el desarrollo de microelectrodos para dispositivos
neurológicos que resistan la corrosión y en particular, el fenómeno de tensión-corrosión (stress
corrosión cracking) inducida por el medio biológico.
Se buscan nuevas técnicas de procesamiento para maximizar las propiedades mecánicas de las
aleaciones actuales y lograr que sus superficies tengan texturas adecuadas para inducir la respuesta
biológica deseada. Por ejemplo, está en estudio el desarrollo de microelectrodos para dispositivos
neurológicos que resistan la corrosión y en particular, el fenómeno de tensión-corrosión (stress
corrosión cracking) inducida por el medio biológico.
El término superelásticos describe la capacidad de algunas aleaciones metálicas de sufrir grandes
deformaciones y retornar a la forma original una vez que la fuerza que genera la deformación
desaparece. Por ejemplo, un acero inoxidable común sufre deformaciones elásticas de un 0,5%,
mientras que las aleaciones utilizadas en los stents, alcanzan deformaciones de hasta un 11%.
5.2.3. Materiales cerámicos
CERAMICOS VENTAJAS DESVENTAJAS
Alúmina Hidroxiapatita Compatibilidad con sistema Baja resistencia a la tensión, corte
Zirconia musculoesqueleto. e impacto.
Biovidrios Similitud con propiedades físicas del Difícil conformación.
hueso. Falta de elasticidad.
Resistencia a la corrosión.
Inertes a los tejidos.
Adherencia a los tejidos.
Alta resistencia a la compresión y al
desgaste.
Aunque las cerámicas y los vidrios no sufren corrosión, presentan alguna forma de degradación
cuando son expuestas al medio biológico.
Aunque las cerámicas consideradas inertes químicamente (alúmina, por ejemplo) experimentan
una degradación de sus propiedades mecánicas como consecuencia del contacto con la solución
salina del medio biológico.
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11. Alúmina:
Es la cerámica bio-inerte más frecuentemente utilizada. El uso de la alúmina como biomaterial
está motivado por su excelente bio-compatibilidad y su excepcional coeficiente de fricción y baja
velocidad de desgaste.
Debido a su capacidad de ser pulidas con un alto acabado superficial y su excelente resistencia al
desgaste, la alúmina se utiliza a menudo para las superficies de desgaste de las prótesis de
sustitución conjunta.
Estas aplicaciones incluyen cabezas femorales para el reemplazo de cadera y placas de desgaste en
reemplazos de rodilla. En sustitución de cadera, la cabeza femoral de alúmina se utiliza en
conjunción con un vástago femoral metálico y una copa acetabular hecho de ultra alto peso
molecular de polietileno para oponerse a la articulación de la superficie
Poroso de alúmina también pueden utilizarse para sustituir a una gran parte de los huesos que se
han eliminado por razones tales como el cáncer.
Estas pueden adoptar la forma de anillos concéntricos que son alrededor de un pasador metálico,
añade el centro de sí mismo el resto de los huesos. La naturaleza porosa de estos implantes
permitirá al hueso nuevo crecer en los poros, la utilización eficaz de la alúmina como un andamio
para la formación de hueso nuevo.
Hidroxiapatita
El mineral hidroxiapatita, también llamado hidroxiapatito, está formado por fosfato de calcio
cristalino y representa un depósito del 99% del calcio corporal y 80% del fósforo total. El hueso
desmineralizado es conocido como osteoide. Constituye alrededor del 60-70% del peso seco del
tejido óseo, haciéndolo muy resistente a la compresión.
El esmalte que cubre los dientes contiene el mineral hidroxiapatita. Ese mineral, muy poco soluble,
se disuelve en ácidos.
El Instituto de Investigaciones en Materiales ha desarrollado compuestos terapéuticos a partir de
dos minerales (hidroxiapatita y zeolita enriquecida con calcio y zinc); algunos también sirven para
hacer prótesis oculares.
Se utilizan para tratar, aumentar, completar o reemplazar tejidos vivos y órganos, como hueso,
piel, ligamentos, tendones, nariz, orejas, ojos... El calcio del hueso se presenta en forma de un
compuesto denominado HIDROXIAPATITA .
Sirven para reemplazar hueso e incluso piel herida o quemada. Hidroxiapatita (un mineral que,
además de encontrarse en la naturaleza, lo producimos en nuestro cuerpo a 37 °C)
"El hueso es un tejido conjuntivo duro; su parte orgánica está constituida por colágeno, nervios,
grasa y vasos sanguíneos, principalmente; y su parte inorgánica, por hidroxiapatita", explica la
especialista.
~ 11 ~

12. En caso de pérdida por accidente, infección u otra causa, los médicos recurren al llamado
homoinjerto: al paciente le quitan una parte de hueso (generalmente de la cadera) para
implantársela en el sitio afectado. Sin embargo, con los biocerámicos ya se puede evitar este
procedimiento.
"El hueso es un tejido conjuntivo duro; su parte orgánica está constituida por colágeno, nervios,
grasa y vasos sanguíneos, principalmente; y su parte inorgánica, por hidroxiapatita", explica la
especialista.
En caso de pérdida por accidente, infección u otra causa, los médicos recurren al llamado
homoinjerto: al paciente le quitan una parte de hueso (generalmente de la cadera) para
implantársela en el sitio afectado. Sin embargo, con los biocerámicos ya se puede evitar este
procedimiento.
"La hidroxiapatita de las minas no sirve para elaborar implantes óseos porque está muy
contaminada. Por eso se obtiene en laboratorio mediante reacciones químicas, en forma de polvo
cristalino de alta pureza. Posteriormente, éste se compacta y se somete a altas temperaturas (más
de 1200 °C) para sintetizarlo y formar con él piezas geométricas de gran resistencia y dureza".
Tipos de Hidroxiapatita:
5. Natural: Bovina, Coralina, Ficogena
6. Sintética: Es química y cristalográficamente similar, pero no idéntica.
La hidroxiapatita también permite elaborar prótesis oculares (han sido probadas en el Centro
Médico Nacional y el Hospital de la Luz). Así, a los tuertos se les puede implantar, en vez de un ojo
de vidrio fijo y pesado, una esfera de este mineral ligero y poroso.
Se usa, además, en implantes dentales, sistemas percutáneos, tratamientos periodentales,
otorrinolaringología y cirugía maxilofacial y espinal. Inyectada bajo la piel, quita arrugas y rellena
huecos óseos en cara o cabeza.
Cuando el paciente es diabético, la piel corre el riesgo de sufrir diferentes tipos de heridas o
alteraciones como quemaduras, abrasiones, contusiones, laceraciones y punciones. La
Hidroxilopatita , a partir de zeolita enriquecida con calcio y zinc, sirven para regenerar y lograr
una cicatrización más rápida.
Este biomaterial tiene otra ventaja: estimula el crecimiento normal de pelo.
Biovidrios
El vidrio bioactivo es considerado actualmente como el material más biocompatible en el área de
regeneración ósea debido a su bioactividad, osteoconductividad y hasta mismo osteoinductividad.
~ 12 ~

13. Ese material, que muestra excelente bioactividad, podrá abrir las puertas para el desarrollo de
nuevos materiales de regeneración ósea nanoestructurados para la medicina regenerativa e
ingeniería de los tejidos.
Biovidrios basados en sílice constituyen la parte esencial de esos materiales bioactivos, ya han sido
usados en diversas aplicaciones ortopédicas y dentarias.
Zirconas
También es empleada como esfera articular en reemplazos totales de cadera. Es
fundamentalmente ZrO2 con el agregado de algún oxido metálico.
La ventaja potencial de la zirconia en prótesis bajo carga es su bajo modulo de elasticidad, su alta
resistencia mecánica y su buena tenacidad.
Hasta ahora hay insuficiente cantidad de datos para determinar si esas propiedades conducirán a
un éxito clínico luego de varios años de uso.
5.3. MODIFICACION SUPERFICIAL DE IMPLANTES
El tipo de modificaciones pueden ser:
 Implantación Iónica.
 Implantación de plasma.
 Implantación PVD (Deposición en fase de vapor)
 Implantación CDV(Técnicas de deposición química en fase de vapor)
 Implantación Sol-Gel.
 Implantación electroquímica.
Implantación iónica.
La implantación iónica es una técnica de modificación superficial que consiste en la introducción de
átomos de un elemento escogido, dentro de las primeras capas superficiales de un material.
Con el tiempo, se han descubierto un buen número de procesos de implantación iónica capaces de
aumentar:
 La resistencia al desgaste.
 La corrosión.
 La fatiga.
Todo esto de diferentes aleaciones metálicas, materiales cerámicos y polímeros.
Ventajas de la implantación iónica.
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14.  Aumentar la vida útil de los materiales.
 No produce cambio alguno en sus dimensiones.
 No produce cambio alguno en el acabado superficial.
Implantación iónica en el sector mecánico.
Una de las razones por las que se utiliza la implantación iónica es que puede aplicarse sobre
herramientas ya acabadas, sin riesgos de deformaciones y como último paso antes de su utilización
industrial.
Algunos ejemplos de implantación iónica en el sector mecánico son:
 Cilindros de laminación.
 Rodillos de acabado.
 Punzones.
 Herramientas de estampado.
Aplicaciones de la implantación iónica en la medicina.
Las características particulares de la implantación iónica convierten este proceso como el idóneo
para ciertas aplicaciones médicas, sobre todo en prótesis de cadera, rodilla, etc.
IMPLANTACION DE PLASMA.
Plasma: es un gas ionizado (parcial o totalmente).
Contiene casi la misma cantidad de iones y electrones, pero en el que pueden coexistir átomos
neutros, con una gran capacidad de neutralizar carga introducida externamente
Se comprobó que por esta técnica había una elevación sustancial de la dureza superficial de la
resistencia al desgaste y a la corrosión, así como la utilización del proceso en aceros inoxidables que
sin estas mejoras no serían potencialmente útiles para muchas aplicaciones industriales.
IMPLANTACION DE PVD (Deposición en fase de vapor)
Su objetivo es depositar capas de elevada dureza que mejoraran el rendimiento al desgaste. Estas
capas están formadas por compuestos cerámicos.
En cuanto a su aplicación decorativa
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15. Su color dorado abrió grandes expectativas en cuanto a su uso en aplicaciones decorativas: al
atractivo del color se suma la elevada dureza superficial. De este modo se inició la deposición de
capas PVD.
Posteriormente se realizaron recubrimientos tribológicos, que son los que buscan no sólo mejorar la
dureza de los materiales sino también las características de deslizamiento, rozamiento y
autolubricación en contactos metal-metal.
La tribología es la ciencia que estudia la fricción, el desgaste y la lubricación que tienen lugar
durante el contacto entre superficies sólidas en movimiento.
IMPLANTACION DE CDV (técnicas de deposición química en fase de vapor)
La técnica de CVD consiste en la reacción de una mezcla de gases en el interior de una cámara
de vacío (reactor) para dar lugar a la formación de un material en forma de capa delgada.
Los subproductos de la reacción son evacuados hacia el exterior mediante un sistema de alta
velocidad de bombeo (bomba 'roots' apoyada con rotatoria).
La gran gama de posibilidades de aplicación, especialmente en las herramientas de conformación
sometidas a grandes esfuerzos se obtienen rendimientos muy buenos, alta dureza, excelente
resistencia a la adherencia.
IMPLANTACION SOL-GEL.
El método Sol-Gel es un método donde uno o varios elementos son usados en la forma de sol y/o
gel con el fin de obtener un sólido homogéneo. Es una reacción química, donde un líquido se va
condensando hasta formar un sólido.
La química del proceso sol-gel está basado en la hidrólisis y condensación del precursor molecular,
donde primeramente un sistema condensado, llamado sol, se transforma mediante un proceso de
~ 15 ~

16. polimerización continua a un gel. Al combinar ambos métodos nos da una nueva técnica que la
denominamos sol gel.
¿Donde los podemos utilizar?
 Materiales compuestos
 Recubrimientos
 Cerámica
 Vidrios
 Fibras
IMPLANTACION ELECTROQUIMICA.
Técnica electroquímica se ha usado para el control o el estudio de procesos donde tiene lugar una
reacción de transferencia de carga.
En la corrosión de los metales, cuyo desarrollo se produce a través de un proceso electro-químico, y
también en la corrosión a altas temperaturas, que transcurre mediante reacciones químicas, donde
las transferencias de materia y de carga son objeto de estudio de la electroquímica del estado
sólido.
Estos procesos electro-químicos han sido empleados en el campo de la energía, con el diseño y
fabricación de las pilas, los acumuladores o las pilas de combustible.
La electroquímica se viene aplicando en la protección ambiental, con métodos electroquímicos de
recuperación de metales.
5.4. BIOCOMPATIBILIDAD
La biocompatibilidad puede parecer un tema de poca importancia dentro del campo de la
odontología, pero en realidad es vital tener un amplio conocimiento sobre la complejidad y
naturaleza de éste tópico, ya que afecta directa e indirectamente aspectos éticos, legales, sociales y
técnicos de la práctica odontológica, principalmente en el campo de la rehabilitación y
endodoncia, en donde las terapias dependen en gran parte de los biomateriales dentales (1).
La biocompatibilidad se define como la capacidad de un material de generar una respuesta
biológica apropiada al ser aplicado sobre un tejido, ya que no existe un material inerte,
dependiendo de la función física y de la respuesta biológica que deseamos de un material. Esta
definición implica la interacción entre un huésped, el material y la función esperada del material
Muchos autores comparan la biocompatibilidad con el color, ya que el color de un objeto es una
propiedad que depende tanto del material, su interacción con la luz (el medio ambiente) y
~ 16 ~

17. finalmente como lo interpreta el observador. Modificaciones en la fuente de luz, características del
objeto o un cambio de observador hará que el color percibido sea distinto. (Imagen 1) (1).
Figura 1
Por ejemplo, existen muchos materiales utilizados para obturar cavidades retrógradas en una
apexificación, como son el MTA (Mineral Trióxido Agregado), la amalgama y el Super EBA.
Ninguno de los materiales mencionados son inertes, todos son hasta cierto grado citotóxicos y
generan una respuesta distinta sobre los tejidos periapicales, pero se siguen utilizando ya que cada
uno tiene ventajas y desventajas.
La amalgama es un material que ha mostrado buenos resultados clínicos aunque se ha
demostrado que es corrosivo, tóxico y que libera mercurio. El Super Eba por otra parte tiene
ventajas como alta resistencia compresiva y tensil, su pH es neutro, tiene una baja solubilidad, y se
adhiere a la dentina, pero posee muchas desventajas como su alta sensibilidad a la humedad, irrita
los tejidos periapicales, es parcialmente soluble en fluidos orales y es reabsorbible. En estudios de
citotoxicidad, se ha observado que el MTA no afecta la actividad de la deshidrogenasa
mitocondrial y que causa una pequeña pero estadísticamente significativa reducción de la
proliferación celular. Además este material es el único que consistentemente favorece la
regeneración del ligamento periodontal, la aposición de material parecido al cemento y la
formación ósea (Imagen 2) (3).
Figura 2
~ 17 ~

18. MATERIAL FUNCIONANDO
La bicompatibilidad es un proceso dinámico continuo ya que la respuesta del cuerpo a los
materiales dentales sufre cambios con el paso del tiempo, además todos los materiales sufren
cambios, ya sea por procesos de corrosión, fatiga entre otros.
Para explicar lo anterior se puede tomar como ejemplo un implante dental oseointegrado, que con
el paso del tiempo, debido a varios factores, fracase (1). También estudios comparativos muestran
que el material más citotóxico, cuando está recién preparado, es la amalgama, y el menos
citotóxico en esta condición es el MTA. Por el contrario, al evaluar los materiales luego de 24 horas,
la amalgama disminuye su citotoxicidad y el MTA la aumenta (4).
El personal de trabajo es el que presenta un mayor riesgo de generar reacciones adversas ante los
materiales dentales, ya éstos se encuentran en contacto constante con los mismos, durante su
manipulación o fraguado. Un ejemplo clásico es la amalgama, ya que la liberación de vapores de
mercurio de las amalgamas durante su colocación y remoción es sustancialmente mayor que
cuando se encuentra colocada dentro de la cavidad oral. Otro ejemplo es el contacto crónico con el
látex y los materiales a base de resina (1).
Como existe mucha evidencia que demuestra que siempre existe un riesgo inherente a que los
materiales dentales generen una respuesta tanto a nivel local como sistémico, ya sea a menor o
mayor grado, tanto en el paciente como en el personal de trabajo, los odontólogos asumen un
riesgo legal al utilizarlos. Un enfrentamiento legal como consecuencia de un daño causado por un
material dental es poco frecuente, pero no imposible, por lo que es indispensable contar con el
debido respaldo (1).
En los últimos 30 años, el público y varios organismos gubernamentales han solicitado pruebas que
demuestren que los materiales utilizados en odontología sean biológicamente seguros y efectivos.
La importancia de regular los materiales dentales ha sido un tema de discusión debido al auge de
grupos organizados que luchan por el tratamiento ético en los pacientes, además de que existe
mayor conciencia por parte de los pacientes con respecto a los riesgos que involucran el cuidado de
la salud y las preocupaciones del personal de salud con respecto a las posibles demandas de los
pacientes. Desafortunadamente, determinar la biocompatibilidad de un material es un tema
sumamente complejo, que implica el uso de varias pruebas, las cuales en su mayoría son costosas y
complicadas. A pesar de estos inconvenientes las pruebas de biocompatibilidad continúan siendo el
único medio por el cual se puede asegurar la seguridad o no de un material (1).
Pruebas de biocompatibilidad
Históricamente, nuevos materiales eran simplemente evaluados en humanos para observar si eran
biocompatibles. Desde hace muchos años esto no ha sido aceptable, en la actualidad los nuevos
materiales deben pasar por varias pruebas arduas antes de ser utilizados en humanos. Estas
pruebas se clasifican en: In Vitro, In vivo y por último Pruebas de uso. Investigadores reconocen que
la manera más eficiente, económica y relevante para evaluar la biocompatibilidad de los
materiales es realizando estudios que combinen los tres grandes grupos (5).
~ 18 ~

19. PRUEBAS
IN VITRO IN VIVO PRUEBAS DE USO
 Citotoxicidad:  Irritación de mucosas  En animales
 Sensibilidad cutánea  En humanos
1. # de crecimiento celular.  Implantación
2. Permeabilidad de la membrana
celular.
3. Biosíntesis enzimática: DNA, MTT.
4. Pruebas indirectas (uso de barreras).
5. Pruebas de barrera dentinal.
 Mutagénesis y carcinogénesis:
1. AMES
2. STYLES
Reacción Sistémica
Es la que se produce de forma generalizada en todo el organismo o bien localizada en tejidos
concretos a distancia. El hecho de que las lesiones que se producen sean más generalizadas y
afecten a órganos a distancia, hace que suelan tener peor pronóstico que las reacciones locales.
Fatiga
La fatiga se determina sometiendo un material a un ciclo de fuerza de un valor máximo conocido
y determinando el número de ciclos necesarios para producir una fractura. La fuerza de fractura y
el número de ciclos necesarios para que ocurra la fractura permite calcular la tensión máxima de
servicio o el límite de fatiga.
Corrosión
Un requisito imprescindible es que tengan una buena resistencia a la corrosión. La corrosión es un
problema general de los metales, más aún si están inmersos en un medio hostil como es el
organismo humano
Densidad
Los biomateriales de naturaleza polimérica (Teflón, Nylon, dacron, silicones) tienen la ventaja de
ser de baja Densidad.
Algunos metales, como los aceros 316, 316 LS y de bajo contenido de carbono, aleaciones de titanio,
son frecuentemente usados como biomateriales. Por que son de alta densidad.
Los materiales cerámicos, como el óxido de aluminio, aluminatos de calcio, óxidos de titanio y
algunos carbonos son usados por que poseen alta densidad.
~ 19 ~

20. 5.5. BIOMATERIALES SUAVES
Sustancias naturales o sintéticas que se pueden poner en contacto con los tejidos vivos sin
provocar daños o alteraciones mientras mantienen su efectividad física y biológica.
Los materiales suaves son sistemas formados por diversas componentes que presentan
propiedades fluidas. Dichos sistemas incluyen las soluciones de polímeros, los coloides, las soluciones
de tensoactivos y los cristales líquidos. Estos materiales, de naturaleza aparentemente disímbola,
tienen propiedades estructurales y dinámicas comunes, intermedias entre las de los sólidos
cristalinos y las de los líquidos simples. Algunas características de estos materiales se deben a su
capacidad de autoensamblarse espontáneamente, lo cual ha sido explotado por la industria para
hacer pinturas, plásticos, detergentes y muchos otros productos de uso cotidiano.
Estos sistemas de origen biológico son un caso particular de materiales suaves que se denomina
"materiales biomoleculares".
5.5.1. Biomateriales polimericos
El biopolímero es básicamente un implante mecánico con función exclusivamente de
relleno permanente; tiene una gran ventaja, no produce reacciones alérgicas, y su efecto es
prácticamente permanente .
Los biopolímeros son implantes que han revolucionado la medicina estética, cuya génesis es
el silicio y que guardan analogía con productos orgánicos.
Características:
1. *Ni antigenicidad ni Bio-degradación
2. *Atoxicidad total
3. *Baja tensión superficial
4. *Pureza y esterilidad totales
5. *Estabilidad a varias temperaturas
6. *Hidro-repelencia
7. *Capacidad de buen enfibrosamiento
8. *Permanencia indefinida
9. *Biofuncionalidad
10. *Biocompatibilidad
No todos los materiales poliméricos poseen una biocompatibilidad aceptable con el
organismo humano y por ello sólo un número limitado ha sido permitido en aplicaciones médicas.
~ 20 ~

21. Los principales polímeros empleados en aplicaciones médicas son:
POLIMETILMETACRILATO (PMMA)
Tienen una muy buena transparencia a la luz, tenacidad y estabilidad, lo que hacen de el
un excelente material para lentes ultraoculares y lentes de contactos duros.
POLIETILENO
En su forma de alta densidad es empleado en tubos para drenajes y catéteres, hilos de
sutura, cirugía plástica, etc. Se emplea como componente acetabular en reemplazos de cadera y
en reemplazos de rodillas. Este material tiene buena tenacidad, resistencia a las grasas y tiene un
costo relativamente bajo.
CLORURO DE POLIVINILO (PVC)
Es usado principalmente en catéteres y bolsas para transfusiones de sangre , alimentación y
diálisis. El PVC puro es un material duro y frágil, pero con la adición de plastificantes, se transforma
en flexible y blando.
SILICONAS
Es inerte y estable a altas temperaturas, lo que la hace útil en gran variedad de
aplicaciones médicas, como prótesis valvulares cardíacas, ventrículos artificiales, lentes de contacto,
e implantes de mamas.
POLIURETANOS
Son copolímeros que pueden ser de dos tipos flexibles o rígidos, dependiendo del poliol
usado. Son empleados en aislamiento de conductores en marcapasos, injertos vasculares , vejigas
artificiales, etc.
POLIAMIDAS
Son usadas como catéteres intracardiacos, equipos de diálisis, y para la reparación de
tendones y ligamentos
POLIPROPILENO
~ 21 ~

22. Tiene una alta rigidez, buena resistencia química y alta tensión de ruptura. Su resistencia a
la figuración por tensiones es superior a la del polietileno y es empleado en las mismas aplicaciones.
POLIGLICOLILACTIDA (PGL)
Es un copolímero empleado para suturas quirúrgicas reabsorbibles (el organismo se
encarga de disolverlas).
POLIDIMETILSILOXANO (PDMS)
Se emplea en las membrabas oxigenadoras debido a su alta permeabilidad de oxígeno.
Por su excelente flexibilidad y estabilidad es utilizado en una variedad de prótesis tales como
articulaciones de dedos, válvulas de corazón, implantes de pechos, narices, orejas y barbillas.
POLICARBONATO
Son viables para plasma, drenajes y anestesia, también para equipos de asistencia al
corazón y a los pulmones
POLIACRILATO
Una de las familias de polímeros más usada en Medicina es la de los poliacrilatos. Éstos se
utilizan en la fabricación de prótesis dentales, sellantes dentales, obturantes dentales restaurativos,
y dientes artificiales, así como de lentes de contacto e intraoculares. En el campo de la reposición de
articulaciones y relleno de cavidades óseas, estos polímeros se emplean para unir prótesis artificiales
con la estructura ósea y se les conoce como cementos óseos acrílicos.
5.5.2. Biomateriales para el transporte de drogas
Las aplicaciones medicas y farmacéuticas de los biopolimeros constituyen actualmente uno de los
campos de mayor interés en los desarrollos de macromoléculas, por su utilización como dispositivos
terapéuticos cardiovasculares, ortopédicos, oftalmológicos y dentales, sustitutos de la piel, sistemas
de liberación de fármacos y sensores para propósitos de diagnostico.
Los polímeros fueron incluidos oficialmente en el campo farmacéutico en 1980 en la Farmacopea
Americana y desde entonces se han empleado como auxiliares de formulación en medicamentos y
como materiales de envases y empaques.
La aplicación de estos materiales en el campo biomédico y en sistemas terapéuticos farmacéuticos
conlleva la formación de una interface con el sistema biológico.
~ 22 ~

23. Los polimeros tambien son materiales ideales para el transporte y liberacion de drogas (farmacos)
porque son capaces de incorporar grandes cantidades y liberarlos lentamente.
El polimero mas utilizado para este fin ha sido la silicona, la cual es capaz de transportar, entre
otros, benzocaína, testosterona y difosfato de cloroquina (antimalaria).
Un “polímero transportador” debe exhibir ciertas propiedades como:
• Ser soluble, facil de sintetizar y con una masa molecular precisa.
• Debe contener sitios de unión y liberación del fármaco, o la posibilidad de incorporar
residuos de unión.
• Ser compatible con el entorno biológico, no tóxico, no antigénico y no alterar propiedades
de dicho entorno.
• Debe ser reconocido o dirigirse a un tipo predeterminado de células.
• Debe ser biodegradable o poder ser eliminado por el organismo después de realizada su
función.
existe consenso en definir a un biomaterial como: un material no biológico usado en un
dispositivo médico, destinado a interaccionar con sistemas biológicos.
En esta definición están comprendidos materiales muy diferentes tales como los metales, los
cerámicos o los polimeros, tanto naturales como sintéticos. Habitualmente se utilizan en forma
de materiales compuestos en los que la asociación de dos o más sustancias con características
propias forman un nuevo material cuyas propiedades son superiores a la de cada uno de sus
componentes, para los fines de la aplicación que se le quiere dar.
Sobre la base de la duración y la forma del contacto que se establece con el organismo, los
biomateriales suelen clasificarse como de uso temporaroa o permanente y de localización intra
o extracorpórea. Desde el punto de vista de su función se pueden distinguir entre ellos los
dispositivos destinados al soporte, al diagnóstico o al tratamiento. Algunos biomateriales
contienen drogas y son considerados medicamentos, otros pueden incluir células vivas y
construir los llamados biomateriales híbridos. También hay biomateriales que incluyen
compuestos capaces de responder a señales provenientes del medio biológico que reciben el
nombre de materiales inteligentes.
Los biomateriales tienen un campo de aplicación muy amplio que se extiende desde
dispositivos de uso masivo y cotidiano en centros de salud como es el caso de jeringas, vendajes,
catéteres, bolsas para suero y sangre, y recipientes para residuos -hasta sofisticadas piezas que
se emplean para promover la regeneración de tejidos o para reemplazar órganos
Los dispositivos construidos con biomateriales están cobrando creciente importancia y su
número aumenta continuamente. La prevención, el diagnóstico y el tratamiento de muchos
trastornos de la salud se han hecho posibles merced a la existencia de nuevos materiales y de
formulaciones, y dispositivos que participan en ellos. En la actualidad, en muchos casos, los
~ 23 ~

24. biomateriales se han convertido en los factores determinantes de la factibilidad y del éxito de
una determinada práctica médica.
5.6. INTERACION CON PROTEINAS Y CELULAS
El cuerpo humano está constituido por una estructura ósea rígida el esqueleto, siendo éste el
soporte mecánico de los tejidos blandos
Los tejidos blandos son:
 Músculos.
 Piel.
 Órganos.
 Mucosas.
En el interior de los anteriores elementos se encuentran o circulan numerosos fluidos corporales
como:
 sangre,
 plasma,
 jugos gástricos,
 saliva,
 orina, etc.
El fluido extracelular, localizado entre los diferentes tejidos, se mantiene a una temperatura de
37oC, es una solución acuosa, salina, con conductividad eléctrica y pH 7.4, que contiene 1% de
cloruro de sodio, así como cantidades menores de otras sales y componentes orgánicos.
La saliva producida por diversas glándulas bucales es una solución acuosa compuesta por varias
sales orgánicas e inorgánicas, ácidos orgánicos, proteínas, carbohidratos y lípidos, con una
concentración total de 5 g/L y un pH 7.0. En la boca se produce un litro de saliva por día, utilizada
principalmente durante la masticación de alimentos.
El compuesto más común dentro del cuerpo humano es el colágeno, y otras proteínas que incluyen
elastina, queratina, reticulita, miosina y actina. En contraste con las proteínas estructurales,
proteínas globulares o enzimas.
Gracias a la compleja organización el organismo humano tiene capacidad para identificar,
rechazar o admitir cualquier cuerpo extraño (implante) introducido en él.
Las interacciones entre el implante o cuerpo extraño y el medio fisiológico determinan el período
de tiempo necesario para su reconocimiento y la intensidad de la reacción del organismo para
rechazar o asimilarle, hasta restablecer el equilibrio interno .
En este sentido ha de considerarse que al introducir un implante en el seno de un tejido, se produce
la separación física de los perfiles en contacto con la prótesis, disminuyendo al menos a la mitad las
vías de alimentación y oxigenación celular de la interfase tejido-implante .
~ 24 ~

25. La implantación de un dispositivo en el organismo humano, requiere que se garantice su total
reconocimiento por parte del complejo sistema fisiológico.
Las superficies de los biomateriales pueden ser:
 Hidrofobos.
 Hidrofilos.
Son la propiedad que condiciona que las proteínas sean absorbidas por la superficie del material en
cuestión, lo cual está directamente relacionado con la tolerancia del organismo al material.
Los materiales dentales ubicados en la cavidad oral, en contacto con la saliva que contiene sales,
por ejemplo los sulfuros, corroen, manchan o empañan las amalgamas de plata y oro, así como las
prótesis dentales; alterando el color natural del esmalte de los dientes.
5.6.1. Respuesta inmunológica
La capacidad del cuerpo humano para reconocer objetos físicos o sustancias químicas que le son
ajenas, es el principal problema que enfrenta la ciencia médica. Por ello, se fabrican con materiales
inertes y sin ningún grado de toxicidad.
Los biomateriales ideales no existen. Es verdad que hay materiales que se adaptan mejor al
sistema inmunológico que otros. Pero estos materiales no pueden insertarse en el cuerpo de
cualquier manera y no esperar rechazo por parte del sistema inmunológico.
La característica primordial de un biomaterial es que sea biológicamente inerte, es decir que no
presenten respuesta inmunológica o daño celular donde se aplique, no ser tóxico, ni carcinógeno,
ser químicamente estable (no presentar degradación en el tiempo), tener propiedades mecánicas
adecuadas.
Además de la composición química y la estructura atómica del material, hay otros factores
que deciden si un material será aceptada por el sistema inmunológico. Entre ellos esta la
forma, el tamaño, la rugosidad superficial, la localización, la fijación de la prótesis y la función
que desempeña.
Para que un material pueda sustentar el nombre de biomaterial debe pasar pruebas de bio-
compatibilidad
5.6.2. Estudios in vitro e in vivo
Pruebas In vitro
Se llevan acabo en un tubo de ensayo o en una placa de cultivo, fuera de un organismo vivo. Son
ensayos muy diversos, pero en general se realizan colocando el material en contacto directo con
poblaciones celulares o bacterias y miden: el grado de citotoxicidad o crecimiento celular, funciones
metabólicas de la célula y el efecto del material sobre el material genético de la célula
~ 25 ~

26. (mutagénesis).
Dentro de las ventajas que tienen estas pruebas es que son rápidas, fáciles de realizar y
relativamente menos costosas en comparación a otros ensayos disponibles, permite tamizaje a gran
escala, se logra obtener un excelente control experimental y son altamente reproducibles. La
desventaja principal es que la relevancia clínica es cuestionable, debido a que no hay presencia de
una respuesta inflamatoria u otros mecanismos de protección por parte de los tejidos que podrían
modificar los resultados, como consecuencia se pueden obtener resultados poco fiables sobre la
respuesta biológica de un material .
Figura3
Cuando las pruebas son directas se puede mostrar el efecto tóxico de un material sobre un cultivo
celular, pero no permite medir efectivamente el efecto de sustancias tóxicas solubles presentes en el
material. Con las pruebas indirectas, en donde hay algún tipo de barrera entre el material y el
cultivo celular, sí es posible medir el efecto de las sustancias solubles, por lo que se considera
importante realizar ambas pruebas para evaluar un solo material .
Las pruebas directas se pueden subdividir; en el primer grupo, el material está físicamente presente
con el cultivo celular y en el otro grupo, algún extracto del material entra en contacto con el cultivo
celular .
Los cultivos idealmente utilizados para estas pruebas son las de células primarias. Aquí las células
son tomadas de tejido animal, crecen durante un periodo corto de tiempo y mantienen las
características In vivo, pero tienen la desventaja de provenir de un solo individuo. También se
utilizan cultivos de células continuas, éstas son células primarias transformadas para ser cultivadas
indefinidamente, son más estables genética y metabolicamente que las primarias, por lo que
permite estandarizar las pruebas, aunque son la segunda opción para estudios de citotoxicidad (6).
Pruebas de citotoxicidad
Estos ensayos evalúan el efecto de los materiales sobre diferentes poblaciones celulares midiendo el
número o crecimiento celular luego de la exposición a los materiales. Además estas pruebas
determinan daños a nivel de la membrana celular, biosíntesis o actividad enzimática y el material
genético (7).
Número y crecimiento celular
Cuando se evalúa el crecimiento o número celular, el material es colocado directamente en
contacto son un cultivo celular. Si el material no es citotóxico, las células permanecen en contacto
con el material y continúan creciendo normalmente, por otra parte si el material es citotóxico, el
~ 26 ~

27. crecimiento celular se detiene y se observará un halo de inhibición alrededor del material. La
densidad celular puede ser descrita de forma: cualitativa, semi-cualitativa, o cuantitativamente. El
Teflón es utilizado como control negativo ya que es un material inherte, por otra parte el Cloruro
de polivinilo plastificado es utilizado como control positivo ya que es un material altamente
citotóxico .
Estas pruebas son utilizadas para medir la capacidad antimicrobiana de los materiales
endodónticos sobre microorganismos patógenos. Materiales endodónticos con una elevada
capacidad antibacteriana, frecuentemente inducen inducen efectos adversos severos durante y
después del tx endodóntico, además de ser citotóxicos y mutagénicos (8).
Figura4
Permeabilidad de la membrana
Otro grupo de pruebas miden la citotoxicidad de un material evaluando los cambios en la
permeabilidad de membrana celular. Esto se realiza observando la facilidad con que un colorante
pueda atravesar la membrana celular, estas pruebas se basa en la primicia que la pérdida de la
permeabilidad de la membrana es equivalente a un daño celular severo o a la muerte celular. La
gran ventaja de estas pruebas es que identifican tanto células vivas como muertas, esto es
importante debido a que las células pueden estar físicamente presentes pero muertas.
Existen dos tipos de tintes utilizados para realizar estos ensayos:
Colorantes vitales, estos son transportados activamente al interior de la célula y quedan
retenido cuando la célula está vital y el material no generado un efecto citotóxico sobre la célula.
Por otra parte, si el material es citotóxico, el colorante sale del interior de la célula, indicando así
muerte celular. Dentro del los colorantes vitales utilizados se encuentran el Na51CRO4 (51Cr) y el
Rojo neutro (RN) (5).
Colorantes no vitales, estos no son transportados activamente al interior de una célula viva, por
otra parte si un material es citotóxico, genera daños a nivel de la membrana celular, ocasionando
así que el colorante sea transportado al interior de la célula indicando muerte celular (5).
~ 27 ~

28. Imagen ilustrando la permeabilidad selectiva de una célula con la membrana intacta, en donde
componentes como el Cromo 51 y el Rojo Neutro son secuestrados activamente por células sanas,
pero salen cuando se pierde la integridad de la membrana. Otros componentes como el Tripán
azul son excluidos por una célula sana, pero pueden difundirse a través de una membrana celular
lesionada.
Biosíntesis enzimática
Algunas pruebas in Vitro utilizan la actividad biosíntesis enzimática de las células para evaluar la
respuesta citotóxica. Pruebas que miden la síntesis de DNA o la síntesis proteica son un ejemplo de
este tipo de pruebas, estas se llevan acabo agregando precursores de radioisótopos marcados (3H-
timidina o 3H-leucina) al cultivo celular y luego los que son incorporados al DNA o proteína, son
cuantificados. De esta forma se determina la influencia del material sobre la síntesis de proteínas en
un cultivo celular (5).
El ensayo con MTT es otra prueba enzimática comúnmente utilizada para medir la citotoxicidad
de los materiales, tiene como propósito medir la actividad de la deshidrogenasa celular. Es una
prueba simple debido a que no requiere de radioisótopos, es rápida y precisa ya que permite
cuantificar exactamente el número de células viables (9).
La deshidrogenasa celular tiene la capacidad de convertir la molécula denominada MTT, por
medio de distintos agentes reductores, en un compuesto de formazan, azul insoluble. Si la
deshidrogenasa se encuentra inactiva por efectos citotóxicos de un material, no se formará el
formazan. La producción de formazan puede ser cuantificada disolviendo el líquido y midiendo la
densidad óptica de la solución restante. La cantidad de Formazan producida es directamente
proporcional al número de células viables (Imagen #4) (5).
Figura 4
Imagen 4 tomada de CRAIG, R. Materiales de Odontología restauradora. Ed. Harcourt
~ 28 ~

29. Brace. 11 edición p 137, para ilustrar como la deshidrogenasa celular convierte la molécula MTT (la
cual es amarilla y soluble), por medio de distintos agentes reductores, en un compuesto de
formazan, azul insoluble.
Pruebas indirectas (uso de barreras)
En la mayoría de las pruebas de citotoxicidad, el material entra en contacto directo con los cultivos
celulares. Investigadores reconocen que In vivo, existe poco contacto directo entre las células y el
material, esto debido a la presencia de un epitelio queratinizado, dentina o matriz extracelular,
debido muchos estudios sin el uso de barreras, no son extrapolables a lo que sucede en la clínica.
Por ejemplo, el Oxido de zinc y Eugenol, es un material que genera una respuesta relativamente
leve sobre el tejido pular, en comparación con las respuestas severas que se obtienen cuando el
mismo material entra en contacto directo con células In Vitro, o en ensayos de implantación.
Debido a lo anterior, se han ideado pruebas In Vitro utilizando barreras para simular mejor las
condiciones In Vivo.
Un ejemplo de ensayos indirectos es Método de cubierta de Agar. El Agar forma una barrera entre
las células y el material dental, el cual es colocado encima del agar. Nutrientes, gases y sustancias
tóxicas solubles pueden difundirse a través del agar, si el material es citotóxico, las células serán
lesionadas y el rojo neutro será liberado, dejando así una zona de inhibición de crecimiento celular
(Imagen 5) (10).
MÉTODO DE CUBIERTA DE AGAR
Figura 6
Estrato de células teñidas con rojo
neutro
Si el material es citotóxico → lesiona las células → rojo
neutro se libera → zona de inhibición
Pruebas de barrera dentinal
Muchos estudios han demostrado que la dentina forma una barrera por la cual atraviesan
sustancias tóxicas que logran lesionar el tejido pulpar, por este motivo se han ideado ensayos que
utilizan discos de dentina como barrera entre el material y el cultivo celular. Este método ofrece la
ventaja de difusión direccional entre el material restaurador y el medio de cultivo celular (Imagen
# 6).
~ 29 ~

30. Figura 6
Para llevar acabo esta prueba (Imagen 7), se coloca el material a evaluar (A) sobre el disco de
dentina (B). Al otro lado del disco se encuentra en contacto con el cultivo celular o cámara de
recolección (C). Componentes del material se logran difundir atreves de la dentina y el efecto sobre
el medio de cultivo puede ser evaluado. Para determinar la rata de difusión, se puede recolectar el
fluido circulando dentro y fuera de la cámara de recolección.
A. El material
B. Disco de dentina en el aparato utilizado para
sujetarlo
C. Lado del disco en contacto con cultivo celular
(cámara de recolección).
Figura 7 D. Cultivo celular Citotoxicidad del material
Pruebas de Mutagénesis y carcinogénesis
Estas pruebas estudian el efecto de los materiales sobre el material genético tanto en células como
en bacterias y posteriormente se evalúan los materiales en mamíferos. Se realizan en un orden
específico y se detienen cuando existe cualquier indicio de mutagenicidad por parte del material o
químico.
Existen muchos mecanismos por los cuales una sustancia puede afectar el material genético de la
célula. Los mutágenos genotóxicos alteran directamente el DNA de la célula a través de diferentes
tipos de mutaciones, pero estos no son considerados cancerígenos. Pueden ser mutagénicos en su
estado nativo, o en algunos casos requieren de activación o biotransformación, por lo que se
denominan promutágenos.
Los mutágenos epigenéticos no alteran el DNA directamente, pero si favorecen el crecimiento
tumoral alterando la bioquímica celular, su sistema inmune, actuando como hormonas o por
medio de otros mecanismos. Debido a lo anterior, estos materiales sí se consideran cancerígenos.
Carcinogénesis se denomina como la capacidad del material dental para producir neoplasia In
Vivo. Los mutágenos pueden o no ser carcinogénicos, de igual manera los materiales carcinogénicos
~ 30 ~

31. pueden o no ser mutágenos, por esto la cuantificación y relevancia de las pruebas que intentan
medir mutagénesis y carcingénesis de los materiales son extremadamente complejas (Imagen#8).
Para ilustrar los cambios estructurales que se
pueden observar entre una célula en estado
normal y una célula cancerígena.
Célula normal Célula cancerigena
Figura 8
El ensayo de mutagénesis a corto plazo más comúnmente utilizado y con excelente valides es la
prueba de AMES. Se utilizan Cepas mutantes de Salmonella typhurium (Imagen #9), las cuales
requieren de histidina exógena, las cepas nativas no necesitan histidina exógena, por esto la
exclusión de la histidina exógena del medio de cultivo permite evaluar si un material tiene la
habilidad de convertir células mutantes en células nativas. Químicos con una elevada frecuencia de
conversión celular tienen una alta probabilidad de ser carcinogénicos en mamíferos, ya que altera
el material genético celular (Imagen #10).
Figura 9
~ 31 ~

32. Figura 10
Imagen 10 ilustra como se puede evaluar si un material tiene la habilidad de convertir células
mutantes en células nativas, por medio de la exclusión de la histidina exógena.
Otra prueba para evaluar la mutagénesis es la prueba de transformación celular de STYLES. Fue
creada con el objetivo de ofrecer una alternativa a los ensayos en bacterias como la de AMES, ya
que utiliza cultivos celulares de mamíferos, principalmente fibroblastos.
Cuantifica la capacidad de cancerígenos potenciales para transformar líneas celulares
estandarizadas, esto se lleva acabo de la siguiente forma: normalmente fibroblastos nativos no
crecen en un cultivo de agar blando, en cambio células geneticamente transformadas sí crecen en
este medio, basandose en esto, fibroblastos nativos son colocados en contacto con el material que se
esta evaluando, luego de un tiempo determinado los fibroblastos son colocados en un gel de agar,
si el crecimiento celular es positivo, significa que las células fueron transformadas a una cepa
mutante y por ende el material evaluado es un potencial cancerígeno (Imagen 11) (11).
Figura 11
Imagen11 ilustra como los fibroblastos nativos crecen en un Medio de Eagle, luego de colocar el
material dental sobre el cultivo, si las células son capaces de crecer en el gel de agar, las células
fueron mutadas por el material, por lo que se concluye ya que el material es un potencial
cancerígeno.
Es importante mencionar que aunque la mayor parte de las pruebas de Mutagénesis y
carcinogénesis son realizadas In Vitro, también se mide el aumento en la inducción tumoral por
reacciones químicas cuando los materiales son evaluados en animales por otra serie de pruebas que
se van a mencionar a continuación.
Pruebas In vivo (en animales)
Se realizan directamente sobre mamíferos como ratones, ratas, hamseters y conjillos de indias,
aunque se utilizan muchos otros animales. Se mide la alteración en la fx hepática y el aumento en
en la inducción tumoral por una reacción química.
~ 32 ~

33. Estas son diferentes a las Pruebas de uso (realizadas en algunos casos en animales), ya que el
material no es colocado en el animal para observar su uso final.
Figura 12
La gran ventaja de estos ensayos es que permiten muchas interacciones complejas entre el material
y un sistema biológico funcional, por ejemplo, se puede generar una respuesta inmune o del
sistema de complemento, difícilmente recreado en un ensayo In Vitro. Lo que permite la obtención
de resultados más relevantes.
Estas pruebas presentan la desventaja que los resultados son difíciles de interpretar y controlar.
Además son muy costosas, se demoran mucho tiempo, e involucran muchos aspectos ético-legales
(5).
Prueba de Irritación de mucosas
Determina si un material puede generar inflamación a nivel de mucosas o piel erosionada. El
ensayo se realiza colocando el material a evaluar, además de los controles positivos (+) y negativos
(-) sobre la mejilla de un animal, en estos casos se utilizan preferiblemente animales pequeños
como por ejemplo el hámster, rata o conejo. Luego de varias semanas de estar en contacto con el
material los animales son fotografiados y luego sacrificados para llevar acabo los respectivos
estudios histopatológicos del tejido y así determinar finalmente la respuesta inflamatoria que
generó el material (Imagen 13).
Figura 13
Se coloca el material Luego de varias semanas
se observa la respuesta
~ 33 ~

34. Imagen 13, ilustra como se coloca el material a evaluar sobre la mejilla de un animal. Luego los
animales son fotografiados y posteriormente sacrificados para llevar acabo los respectivos estudios
histopatológicos.
Prueba de Sensibilización cutánea
Estos ensayos evalúan si un material genera una respuesta inflamatoria ya sea con eritema, edema
o puede no generar respuesta alguna. Se llevan acabo inyectando el material de forma
intradérmica para crear una respuesta de hipersensibilidad de la piel.
Primer se debe inyectar el coadyuvante de Freund, para potencializar la respuesta. Seguidamente
se colocan parches adhesivos que contienen el material que se está examinando y se observa la
respuesta que se genere sobre los tejidos, las cuales pueden ser desde muy leves hasta muy severas
con enrojecimiento intenso e inflamación. El grado de respuesta y el porcentaje de animales que
muestren una reacción frente al material son la base para estimar el grado de alergenicidad de un
material (Imagen 13).
Figura 13
Imagen 13, muestra como primero se inyecta el coadyuvante de Freund, para potencializar la
respuesta. Seguidamente se colocan parches adhesivos que contienen el material que se está
examinando y se observa la respuesta que se genere sobre los tejidos.
Las pruebas en animales que miden las propiedades mutagénicas y carcinogénicas de un material
han sido creadas por toxicólogos. Estas pruebas se realizan bajo un orden específico, y se detienen
cuando hay algún indicio de que un material o químico es un potencial mutagénico.
La valides de cualquiera de estas pruebas depende de la especie del animal, el tejido, genero entre
otros factores. Los experimentos normalmente se dividen en los que son a corto plazo o con límite
de tiempo, o pruebas a largo plazo o sin límite de tiempo. Las pruebas a corto plazo miden
alteración funcional del hígado o un aumento en la inducción tumoral cuando los animales son
expuestos a los químicos. Las pruebas a largo plazo se llevan acabo manteniendo el químico en
contacto con el animal durante la mayor parte de su vida.
Prueba de Implantación
Estos ensayos sirven para evaluar los materiales que entrarán en contacto con tejidos subcutáneos
o hueso, ya que determinan la alergenicidad, inflamación crónica o formación de tumores. El
~ 34 ~

35. implante es colocado dependiendo de los tejidos que entren en contacto con el material durante su
uso clínico (por ejemplo tejido conectivo, hueso o músculo).
La mayoría de estas pruebas se llevan acabo en materiales que entren en contacto directo con
tejidos blandos como son los implantes dentales, materiales utilizados en endodoncia y en
periodoncia, aunque la amalgama y ciertas aleaciones son evaluadas también ya que entran en
contacto con tejido gingival en algunas restauraciones.
La prueba de implantación a corto plazo se realiza colocando el material a evaluar en tubos de
polietileno con un extremo abierto. Se colocan tanto las muestras como los controles en zonas
aparte y se dejan durante 1-11 semanas, posteriormente la respuesta de los tejidos es evaluada ya
sea histológicamente, por métodos de histoquímica o inmunohistoquímica.
Las pruebas de implantación a largo plazo, se llevan a cabo para identificar inflamación crónica o
formación de tumores. Se realizan de igual forma que las de corto plazo, la diferencia es que el
material se deja durante 1-2 años antes de ser examinado (Imagen 14).
Figura 13
Pruebas de Uso
Son estudios clínicos esenciales de un material ya que son las más relevantes de todas y se
diferencian de otros ensayos en animales porque en este caso el material debe ser utilizado bajo las
condiciones idénticas a las de su futuro uso clínico. Esta relevancia es directamente proporcional a
la exactitud con que se hayan recreado las condiciones clínicas, tomando en cuenta el tiempo,
localización, ambiente y la técnica con que se coloca el material (8).
Debido a lo anterior se utilizan animales mas grandes con condiciones orales similares a las de los
humanos, como por ejemplo perros y monos. Si se realizan en humanos, estás pruebas se
denominan ensayos clínicos (8).
~ 35 ~

36. La gran ventaja que presentan las pruebas de uso es su relevancia clínica, todas las otras pruebas
se deben comparar con esta, finalmente se puede decir que los ensayos de Uso son definitivas para
probar si un material es biocompatible o no. Por otra parte tiene las desventajas de ser
extremadamente costosas, se demoran mucho tiempo, son sumamente difíciles de controlar e
interpretar e involucran muchos aspectos ético-legales por lo que pocas veces se realizan en
humanos (8).
En humanos los estudios pueden ser de tipo retrospectivos, o preferiblemente prospectivos
controlados, pero siempre se debe tener en cuenta que ningún estudio es definitivo, aunque un
material obtenga excelente resultados de biocompatibilidad, podrían aún ocasionar respuestas
adversas en muchos pacientes.
Pruebas de Irritación pulpar
No existe un material artificial que pueda ser colocado dentro de un diente que sea o actué mejor
que la dentina ni que brinde una mejor protección a la pulpa que la dentina, por esto, el tejido
pulpar, al estar frente a diferentes estímulos ya sea de tipo primarios o secundarios, responde
depositando una matriz de dentina terciaria. Los estímulos pueden ser por ejemplo caries, atrición,
abrasión, erosión, trauma y cualquier tipo de proceso restaurativo (9).
Esta dentina terciaria, a diferencia de la primaria y secundaria que se depositan a lo largo de toda
la unión pulpo-dentinal, se localiza localmente. Además la dentina terciaria se puede clasificar en
reaccionaria o de origen reparativa. En general, la dentina reaccionaria es secretada por
odontoblastos pre.-existenes y la reparativa por células parecidas a los odontoblastos. La secreción
de dentina reaccionaria es la principal respuesta postoperatoria del odontoblasto ante algún
proceso restaurativo (10).
Existe mucha evidencia que muestra que los efectos de una preparación cavitaria, especialmente el
grosor de la dentina residual pueden jugar un paple muy importante en la estimulación de
formación de dentina reaccionaria que la irritación o toxicidad de los materiales de restauración.
Aunque la naturaleza exacta de esta relación aún es incierta.
La dificultad de medir la respuesta pulpar al corte de la dentina, se da porque es multifactorial, ya
que los cambios a nivel pulpar se dan desde el momento en que se inicia la preparación hasta que
finalmente se coloca la restauración final. Por otra parte los eventos que se llevan acabo varían
entre una restauración y otra (12).
Debido a lo anterior, existen muchas variantes que se deben considerar cuando se realizan pruebas
de irritación pulpar, como por ejemplo: el método de preparación, la condición de la pared de
dentina remanente, la presencia de bacterias, el método de aplicación del material restaurativo,
entre otros (12).
Generalmente estos ensayos se llevan acabo colocando el material a evaluar sobre preparaciones
clase V en igual número de dientes y tanto maxilares como mandibulares, asegurándose así una
distribución uniforme de todos los dientes, además se utilizan dientes sanos de monos u otros
animales.
Primero se coloca anestesia y luego de realizar profilaxis de los dientes, se preparan las cavidades
~ 36 ~

37. bajo estricto control de esterilización y suficiente irrigación para evitar generar cambios de
temperatura en la pulpa, asegurándose de que todas las preparaciones sean lo más uniformes
posibles. El material es colocado sobre las cavidades y se deja durante 1-8 semanas. Finalmente los
dientes son extraídos y seccionados para ser evaluados bajo el microscopio, además por medio de
un fotomicrómetro se mide el grosor de la dentina remanente y reparativa.
Los tejidos seccionados son evaluados y las respuestas tanto inflamatorias como necróticas son
clasificadas, basándose en su apariencia, disrupción de la estructura del tejido y el número de
células inflamatorias (tanto crónicas como agudas) presentes, en tres grupos principales:
 Leve: se observa poca hiperemia del tejido, pocas células inflamatorias y ligera
hemorragia en la zona odondoblástica.
 Moderado: hay un aumento considerable de células inflamatorias, hiperemia y una
ligera desorganización de la capa odondoblástica
 Severa: se observa un marcado infiltrado de células inflamatorias, hiperemia,
desorganización completa de la capa odondoblástica en la zona de la preparación
cavitaria, reducción o ausencia de la predestina y en algunos casos abscesos
localizados.
Al igual que en procesos cariosos, las células mononucleares son usualmente más prominentes en
respuestas inflamatorias. Si hay presencia de neutrófilos, se debe sospechar la presencia también de
bacterias o productos bacterianos se deben sospechar.
La mayor parte de estos estudios han sido realizados en dientes sin caries con tejido pulpar sano o
intacto. Actualmente se reconoce el hecho de que el tejido pulpar inflamado responde de forma
diferente que el tejido pulpar sano a las bases cavitarias, los cementos y agentes restaurativos, por
lo que se han hecho esfuerzos para crear técnicas que logren identificar las diferentes respuestas
generadas por los tejidos pulpares en distintos estadíos.
Estas pruebas son de suma importancia ya que el éxito de de una restauración depende del
entendimiento y conocimiento por parte del clínico, sobre todos los posibles daños que se puedan
generar sobre el tejido pulpar. De esta forma se el odontólogo podrá tomar decisiones más
adecuadas, sobre el tratamiento a realizar, que no generen daños innecesarios sobre la pulpa.
~ 37 ~

38. 5.7. APLICACIONES DE LOS BIOMATERIALES
La razón principal del empleo de biomateriales se encuentra en reemplazar físicamente a
un tejido blando o duro, que ha sido dañado o destruido a través de un proceso patológico
(enfermedad) o accidental.
La aplicación de los biomateriales se puede resumir en tres fases:
1. Estructural
Implantes hechos con un solo fin(ad hoc), Especificados por físicos usando materiales comunes o
de ingeniería, la mayoría de los éxitos fueron accidentales más que planificados, por ejemplo:
Rellenos de oro, dientes basados en madera, piezas dentales de PMMA, acero, oro, marfil, etc
2. Reemplazo de Tejidos
En esta etapa de desarrollaron implantes desde la ingeniería usando materiales comunes de
ingeniería, a través de colaboraciones entre físicos e ingenieros que los construyeron a partir de la
experiencia previa.
3. Ingeniería Biomédica
Implantes desde la bioingeniería usando materiales diseñados para este fin, instrumentos
modificados y basados en polímeros. Esta etapa sigue en desarrollo
5.7.1. Implantes ortopédicos
La finalidad de este tema es la exposision y analisis de los metales en implantes ortopedicos,
teniendo un especial cuidado en aludir a los tipos de metales, sus tratamientos, propiedades
quimicas y mecanicas asi como tambien sus fallas y caracteristicas.
Material Biomedico
Cualquier sustancia o combinación de sustancias, de origen natural o sintético, que pueden ser
usados por algún período, como todo o como parte de un sistema que trata, aumenta, o
reemplaza algún tejido, órgano o función del cuerpo.
Clasificacion:
Se pueden clasificar segun:
~ 38 ~

39. El tiempo de permanencia
Material de osteosíntesis: tornillo, clavo, roscados, clavos intra medulares, placas, clavos-placas, etc.
La función de estos implantes es el sostén o soporte interno, intra medular, transóseo, adosado o
fijado al hueso.
En general pueden ser extraídos cuando el proceso biológico reparativo ha terminado, puesto
que el hueso es capaz de soportar las exigencias habituales sin su auxilio.
Prótesis
Se las emplea para reemplazar total o parcialmente un hueso o una articulación irreparablemente
dañados en su morfología, estructura o función.
Colocacion de una protesis
Los materiales utilizados en las prótesis totales están diseñados para permitir una movilidad similar
a la de la articulación normal.
Los componentes artificiales suelen estar compuestos por un elemento metálico que encaja
exactamente en un elemento de plástico.
Sus principales caracteristicas:
• Acero inoxidable, aleaciones de cobalto, cromo, ceramicas, materiales compuestos y titanio.
• El plastico es polietileno, extremadamente duradero y resistente al desgaste.
• Se utiliza cemento para fijar el componente artificial al hueso.
• Tambien existen protesis no cementadas, que son directamente encajadas al hueso
• Según la naturaleza química
De los biomateriales, se describe la siguiente clasificación:
• Polímeros
• Cerámicas
• Materiales derivados de procesos biológicos
• Metales
• Compuestos (combinación de polímeros, cerámicos y metales)
Medios en los que se encuentran los implantes
Medio Bioquimico: Las condiciones en las que tienen que actuar los implantes quirúrgicos dentro
del cuerpo humano, son muy severas, ya que se trata de un medio con predisposición a producir
corrosión en los metales de estos dispositivos.
~ 39 ~

40. La norma ASTM (G 15) define la corrosión como el deterioro de un material y de sus propiedades,
provocado por reacción química o electroquímica entre dicho material y su entorno.
Medio Dinámico: La perfecta reducción del hueso permite que todo el implante sea soportado por
él, restituyendo de nuevo el equilibriode fuerzas. En este caso solo existen sobre los implantes cargas
relativamente pequeñas y no críticas, y las complicaciones relacionadas con los implantes son
mínimas.
Ceramicas en aplicaciones biomedicas
Las ceramicas tambien tienen uso extensivo en el campo biomedico, como en implantes
ortopedicos, lentes, utensilios de laboratorio y de modo mas importante en aplicaciones dentales.
Algunos de los factores que hacen de los biomateriales ceramicos excelentes candidatos para sus
aplicaciones son su biocompatibilidad, resistencia a la corrosion, alta dureza, resistencia al desgaste
en aplicaciones donde hay articulacion de superficies (materiales de protesis dentales, de cadera y
rodilla) ademas su principal ventaja de algunos biomateriales ceramicos es que se unen muy bien
al hueso, lo cual es importante en aplicaciones ortopedicas y dentales.
Alumina en implantes ortopedicos
La alumina de alta pureza tiene resistecia a la corrosion, al desgaste, alta solidez y es
biocompatible, es por eso que ha aumentado su uso como el material preferido para reemplazos
de cadera. Son reemplazos con protesis artficiales.
Requisitos para los implantes
• Biocompatibilidad.
• Resistencia a la corrosión en el medio biológico.
• Propiedades mecánicas y físicas compatibles con su función específica en el cuerpo
humano.
• Resistentes a la fatiga para las aplicaciones de cargas cíclicas.
• Óseo integración.
Tipos de metales utilizados
Los metales puros no tienen las resistencias, elasticidad, ductilidad y purezas que requieren los
distintos tipos de implantes actualmente utilizados en traumatología y ortopedia. Por esa razón se
~ 40 ~

41. recurre a la adición de uno o mas metales al elemento base para modificar su estructura cristalina
y por lo tanto sus propiedades físicas.
Cada estructura cristalina se denomina fase; las aleaciones que tienen mas de una fase se llaman
alotrópicas o polimorfas. El numero de fases de una aleación depende del numero y cantidad de
elementos de que consta, así como el tratamiento en que ha sido sometido.
Las tres mayores familias de aleaciones empleadas son:
•Aleaciones de Cobalto-Cromo-Molibdeno (Co-Cr-Mo)
•Titanio-Aluminio-Vanadio (Ti-Al-V) y Ti casi puro
•Aceros inoxidables tipo AISI 316 (L) (en base a Fe-Ni-Mo)
5.7.2. Aplicaciones dentales
Dentro de la boca, tanto los dientes como lostejidos que los sostienen pueden deteriorarse a causa
de:
 Enfermedades bacterianas
 Por el paso de tiempo
Causas de la pérdida parcial o total de la dentadura:
 Caries
 La desmineralización
 Placa
 Sarro
Mediante técnicas quirúrgicas específicas es posible reemplazar pieza dentales perdidas por otras
sintéticas, con las mismas funciones y gran duración.
La prótesis consta de 3 partes fundamentales, llamadas corona, perno o muñón que soportara a la
corona y el implante propiamente dicho que reemplazara la raíz del diente.
En la actualidad, existe una gran variedad de materiales que pueden utilizarse para la fabricación
de implantes siendo la mayoría de Titanio o unas de sus aleaciones Ti6AI4V.
Asegurarse de que el medio biológico responda correctamente a los estímulos y disturbios
bioquímicos producidos por el material Implantado
En el caso del titanio, una capa de óxido superficial se forma espontáneamente, y luego de muchos
años de investigación, se ha comprobado la biocompatibilidad de dicho óxido.
5.7.3. Aplicaciones cardiovasculares
Biomateriales cardiovasculares pueden dividirse básicamente en tres catogories amplio: Ellos son:
~ 41 ~

42. 1. Los polímeros absorbibles
2. Los polímeros no absorbibles
3. Metales
Los polímeros absorbibles se utilizan generalmente en situaciones donde la parte polimérica del
dispositivo ya no es necesario. Por ejemplo en el caso de las suturas quirúrgicas, el uso de suturas
absorbibles elimina la necesidad de que el paciente vaya al cirujano para quitar la sutura después
de una herida se cura
Algunos de los polímeros conocidos y utilizados son en realidad co-polímeros a partir de diferentes
tipos de monómeros mezclados en proporciones diferentes. El ácido poliláctico, ácido poliglicólico,
polidioxanona son algunos de los ejemplos. La mayoría de los dispositivos cardiovasculares utilizar
estos tipos de polímeros.
En el injerto de stent endovascular, el injerto vascular (prótesis), anillo anuloplastia, parche
cardíaco, o el anillo en la base de una válvula cardiaca para la colocación de sutura, todos lo
general utilizan el polímero de poliéster.
En el caso de los materiales de sutura no absorbible, nylon y polipropileno son los más comúnmente
utilizados.
Aplicaciones cardiovasculares
1. Angioplastia y colocación de stents
El stent es una malla metálica de forma tubular. Cuando se implanta un stent dentro de una
arteria coronaria, éste actúa como un soporte o armazón para mantener abierto el vaso
sanguíneo. El stent, al mantener abierto el vaso, contribuye a mejorar el flujo de sangre al músculo
cardíaco y a reducir el dolor de la angina de pecho.
2. Desfibrilador cardioversor implantable (DCI)
Los DCI son para aquellas personas que han tenido una frecuencia cardíaca alta anormal que les
produjo un desmayo o afectó a la capacidad de bombeo del corazón. El DCI es típicamente del
tamaño de un buscapersonas (beeper) y consta de dos partes:
1. Un generador de impulsos, que incluye la batería y varios circuitos electrónicos.
2. Alambres o cables denominados electrodos. Según el tipo de DCI, éste puede tener uno o
dos electrodos.
~ 42 ~

43. 3. Marcapasos
El marcapasos es un pequeño dispositivo alimentado por una batería que ayuda al corazón a latir
con un ritmo constante. Los marcapasos pueden ayudar a regular el ritmo del corazón en casos de
frecuencia cardíaca lenta, rápida o irregular, o de bloqueo en el sistema de conducción eléctrica del
corazón.
Los electrodos son de tatinum, plata, titanio, acero inoxidable, o aleaciones de
cobalto.
La mayoría de los marcapasos utilizar una batería de litio-yodo.
4. Válvulas cardiacas
Las válvulas mecánicas son de dos tipos: la bola y la inclinación de jaula de disco. Los materiales
más utilizados son de elastómero de silicona, cobalto-cromo-aleaciones basadas en titanio y
carbono pirolítico.
De elastómero de silicona se ha utilizado para la de asiento o en las válvulas de bola enjaulada. El
corazón bombea la sangre en una sola dirección. Las válvulas cardíacas desempeñan un papel
clave en este flujo unidireccional de sangre, al abrirse y cerrarse con cada latido.
Válvulas mecánicas, que normalmente están hechas de materiales tales como el plástico, el
carbono o el metal. Las válvulas mecánicas son resistentes y duraderas. Como la sangre suele
adherirse a las válvulas mecánicas y formar coágulos, los pacientes que tienen estas válvulas deben
tomar diluyentes de la sangre (anticoagulantes) el resto de su vida.
5. Injertos vasculares
Estos materiales están constituidos por aproximadamente un 50 por ciento de polímeros sintéticos y
un 50 por ciento de proteínas. La porción de polímero de los materiales es un derivado del
polietilenglicol. Se utiliza para el tratamiento de aneurisma de aorta abdominal.
~ 43 ~

44. 6. Filtros venales
Los filtros se introducen en la vena cava inferior de pacientes que han tenido o están en riesgo de
sufrir una embolia pulmonar, pero en los que el tratamiento anticoagulante para prevenir la
recurrencia está contraindicada. El filtro "paraguas" que se haga de elastómero de silicona
recubiertos de acero inoxidable y se pasa como un paraguas cerrado, bajo anestesia local, a través
del cuello la yugular () vena por medio de un catéter,
7. Anillos de anuloplastía
El anillo Anuloplastia se utiliza para mantener el diámetro de la abertura de la válvula del
corazón. Esto es necesario porque si el diámetro es superior a la medida en que las válvulas se
puede cerrar, entonces hay un riesgo de flujo de retorno de la sangre.
8. Aparato de Asistencia Ventricular
Ayuda a bombear sangre desde el ventrículo izquierdo a la aorta.
El procedimiento se utiliza en caso de pacientes con debilidad de los músculos cardíacos que no
pueden proporcionar suficiente contracción durante la sístole, para bombear la sangre hacia la
aorta. Este es un dispositivo implantable de forma permanente, por lo tanto los materiales
utilizados para hacer que este dispositivo tienen que ser bicompatible.
9. Catéteres
El catéter tiene un papel muy importante en el campo de productos sanitarios cardiovasculares. Se
trata de los primeros dispositivos que hace contacto con el tejido disesease el interior del cuerpo en
caso de aneurismas. La función más importante de este dispositivo se va a ofrecer un pasaje
ininterrumpido camino para los cirujanos para poder llegar a la profundidad en el cuerpo, para
tratar las enfermedades por diferentes tipos de cirugías.
~ 44 ~

45. 10. Soporte Cardiaco
El saco cardíaco como se muestra en la figura anterior se utiliza para proporcionar presión positiva
desde el exterior. Esto ayuda al corazón para mantener su forma normalmente. Hay otras
aplicaciones de la malla de polímero, tales como un parche cardíaco.
Esto se utiliza para corregir las condiciones, como un agujero en el corazón.
11. Suturas
Las suturas son uno de los dispositivos médicos más importantes que se utiliza en la cirugía
En los procedimientos cardiovasculares las suturas se pueden utilizar para la reparación de tejidos
con el tejido, o tejido con un dispositivo implantable. Estos están disponibles en varios tamaños
(diámetro de sutura) y polímeros (absorbible y no absorbible).
12. Corazón artificial
El trasplante de corazón se ha convertido en una forma efectiva de tratamiento para los pacientes
con insuficiencia cardiaca intratable, 1 en la actualidad y la supervivencia a 5 años son
aproximadamente el 80% y 70%, respectivamente.
5.7.4. Fallas en implantes
Un implante se considera que ha fallado si debe ser extraído prematuramente y, se asumen
dos tipos de fallas: la primera incluye deformaciones permanentes, fracturas por sobrecarga,
fracturas por fatiga, corrosión, desgaste, etc., y la segunda por infección, inflamación y otras
reacciones del cuerpo ante la presencia del implante. Las cargas estáticas y cíclicas, que en general
se presentan en forma combinada, generan en el dispositivo un sistema de tensiones sumamente
complejo a lo que debe sumar que él debe permanecer en un medio químico hostil.
~ 45 ~

46. Las fallas son asociadas a:
1) La selección de materiales destinados a implantes metálicos
2) El diseño de los sistemas de fijación internos
3) El medio biológico y su interacción con los implantes
4) El medio bioquímico
5) El medio dinámico
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