Mejoran material que se podría utilizar como implante óseo biodegradable

El magnesio es un metal distinto a los convencionales: es liviano y se degrada con facilidad, lo que lo hace poco favorable para construir un carro, por ejemplo, pero es óptimo para diseñar productos biomédicos.

“Con este material se pretende hacer en un futuro placas de fijación que sirvan para mantener en buena posición los tejidos óseos mientras sanan”, señala Vanessa Hernández Montes, doctora en Ingeniería - Ciencia y Tecnología de Materiales de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín.

Las placas hechas con magnesio, además de fomentar la reparación del hueso, pueden ser más convenientes que las de titanio y acero porque se degradan naturalmente, por lo que no es necesaria una segunda cirugía para retirarlas. Con ellas se ahorraría tiempo, costos hospitalarios, riesgos de infecciones e incomodidades. Sin embargo, la investigadora menciona que “siguen presentando retos, sobre todo con respecto a su tasa de degradación por corrosión, que implica que el material se degrada antes de la sanación total de los tejidos”.

Por eso en su tesis de doctorado probó dos tipos de recubrimiento que modifican la superficie del metal evitando una rápida interacción con el medio corrosivo; así no solo se controla la velocidad de corrosión o degradación, sino que también se mejora la compatibilidad con las células.

Recubrir el metal para protegerlo

Las aleaciones de magnesio son las que se suelen utilizar en medicina. El término aleación quiere decir que no es el metal base o puro –que es entre el 85 y el 96 % en peso–, sino que además contiene bajas cantidades de otros elementos como aluminio, zinc o circonio.

El primer recubrimiento probado por la investigadora incluyó dos polímeros: ácido poliláctico e hidroxietil celulosa, además de nanopartículas de óxido de cerio. “Compramos las barras de dos aleaciones de magnesio distintas y las cortamos en discos de 4 x 12 mm. Luego sintetizamos las partículas llevando la mezcla de los ‘precursores’ a un tratamiento térmico, a partir del cual se da una reacción química”, explica la doctora Hernández.

Uno de los materiales utilizados fue un extracto comercial de sábila (Aloe vera) que favoreció la formación de partículas pequeñas de óxido de cerio. “Después modificamos el polímero para que pudiera interactuar adecuadamente con la superficie de las aleaciones de magnesio y obtuvimos una mezcla del polímero con las nanopartículas. Por último utilizamos un equipo que permite aplicar el recubrimiento sumergiendo los discos en la solución. Durante este proceso se controlaron parámetros como tiempo, velocidad y cantidad de inmersiones para optimizar los resultados”, agrega.

Para la segunda alternativa utilizó la oxidación electrolítica por plasma, que forma un recubrimiento cerámico sobre la superficie. Para esto empleó un potenciostato-galvanostato, equipo que aplica un alto voltaje sobre el metal sumergido en un electrolito. Esto da lugar a una capa densa (interna) y otra porosa (externa) que generan una primera barrera física. Luego selló esos poros haciendo una inmersión adicional en el ácido poliláctico para mejorar la resistencia a la corrosión.

Poner a prueba su degradación

Tras caracterizar ambos recubrimientos, la investigadora los puso a prueba sumergiéndolos en un fluido fisiológico simulado y manteniendo las condiciones reales, como por ejemplo los 37 °C de temperatura corporal. “Evaluamos la corrosión, que tiene que ver con la velocidad de degradación, y su compatibilidad con las células según si estas crecían o morían al entrar en contacto con la superficie de los recubrimientos”.

Así se evidenció que ambos recubrimientos mejoran la resistencia a la corrosión. No obstante, en términos de compatibilidad celular, el segundo mostró mejores resultados, alcanzando un porcentaje de viabilidad celular de alrededor del 89 % y una mejora de dos magnitudes en la resistencia a la corrosión.

Otro aporte de la tesis fue el modelo gráfico sobre cómo ocurre la corrosión en el material, y se encontró que se generan grietas por las que lentamente se da una interacción con el medio generando un punto específico de degradación. “Particularmente en el magnesio se generan burbujas que ejercen presión y ocasionan una ruptura o delaminación del recubrimiento, que al final acelera todo el proceso de degradación”, explica la doctor Hernández.

Actualmente los hallazgos están en proceso de publicación, incluidos los de la primera técnica, pues aunque no sería viable para la medicina, sí sería útil en otros campos en los que se requiera reducir la corrosión. A futuro se podrían direccionar nuevas pruebas a la inmersión en un fluido fisiológico real y evaluar en animales.