Existen muchas oportunidades para la aplicación de polímeros biodegradables sintéticos en el área biomédica , particularmente en los campos de la ingeniería de tejidos y la administración controlada de fármacos . La degradación es importante en biomedicina por muchas razones. La degradación del implante polimérico significa que la intervención quirúrgica puede no ser necesaria para retirar el implante al final de su vida funcional, eliminando la necesidad de una segunda cirugía. [1] En ingeniería de tejidos, los polímeros biodegradables pueden diseñarse para aproximarse a los tejidos, proporcionando un andamio de polímero que puede resistir tensiones mecánicas, proporcionar una superficie adecuada para la unión y el crecimiento de las células y degradarse a una velocidad que permite que la carga se transfiera al nuevo tejido. [2] [3] En el campo de la administración controlada de fármacos, los polímeros biodegradables ofrecen un enorme potencial, ya sea como sistema de administración de fármacos solos o en conjunto para funcionar como un dispositivo médico . [4]
En el desarrollo de aplicaciones de polímeros biodegradables, a continuación se revisa la química de algunos polímeros, incluida la síntesis y degradación. Se discute una descripción de cómo se pueden controlar las propiedades mediante controles sintéticos adecuados, como la composición del copolímero , los requisitos especiales para el procesamiento y la manipulación, y algunos de los dispositivos comerciales basados en estos materiales.
Química de polímeros y selección de materiales.
Al investigar la selección del polímero para aplicaciones biomédicas, los criterios importantes a considerar son;
- Las propiedades mecánicas deben coincidir con la aplicación y permanecer lo suficientemente fuertes hasta que el tejido circundante haya cicatrizado.
- El tiempo de degradación debe coincidir con el tiempo requerido.
- No invoca una respuesta tóxica .
- Se metaboliza en el organismo una vez cumplida su finalidad.
- Es fácilmente procesable en forma de producto final con una vida útil aceptable y se esteriliza fácilmente .
El rendimiento mecánico de un polímero biodegradable depende de varios factores que incluyen la selección del monómero , la selección del iniciador , las condiciones del proceso y la presencia de aditivos. Estos factores influyen en la cristalinidad de los polímeros , las temperaturas de fusión y transición vítrea y el peso molecular . Cada uno de estos factores debe evaluarse sobre cómo afectan la biodegradación del polímero. [5] La biodegradación se puede lograr sintetizando polímeros con enlaces hidrolíticamente inestables en la cadena principal. Esto se logra comúnmente mediante el uso de grupos funcionales químicos como ésteres , anhídridos , ortoésteres y amidas . La mayoría de los polímeros biodegradables se sintetizan mediante polimerización por apertura de anillo.
Procesando
Los polímeros biodegradables pueden procesarse en estado fundido por medios convencionales tales como moldeo por compresión o inyección . Se debe prestar especial atención a la necesidad de excluir la humedad del material. Se debe tener cuidado de secar los polímeros antes de procesarlos para excluir la humedad. Como la mayoría de los polímeros biodegradables se han sintetizado mediante polimerización por apertura de anillo, existe un equilibrio termodinámico entre la reacción de polimerización directa y la reacción inversa que da como resultado la formación de monómeros. Se debe tener cuidado para evitar una temperatura de procesamiento excesivamente alta que pueda resultar en la formación de monómeros durante el proceso de moldeo y extrusión. Debe seguirse cuidadosamente
Degradación
Una vez implantado, un dispositivo biodegradable debe mantener sus propiedades mecánicas hasta que ya no sea necesario y luego ser absorbido por el cuerpo sin dejar rastro. La columna vertebral del polímero es hidrolíticamente inestable. Es decir, el polímero es inestable en un entorno a base de agua. Este es el mecanismo predominante para la degradación de los polímeros. Esto ocurre en dos etapas.
1. El agua penetra en la mayor parte del dispositivo, atacando los enlaces químicos en la fase amorfa y convirtiendo largas cadenas de polímero en fragmentos solubles en agua más cortos. Esto provoca una reducción del peso molecular sin pérdida de propiedades físicas ya que el polímero todavía se mantiene unido por las regiones cristalinas. El agua penetra en el dispositivo y provoca la metabolización de los fragmentos y la erosión general .
2. La erosión superficial del polímero se produce cuando la velocidad a la que el agua que penetra en el dispositivo es más lenta que la velocidad de conversión del polímero en materiales solubles en agua.
Los ingenieros biomédicos pueden adaptar un polímero para que se degrade lentamente y transfiera el estrés a la velocidad adecuada a los tejidos circundantes a medida que cicatrizan al equilibrar la estabilidad química de la estructura del polímero, la geometría del dispositivo y la presencia de catalizadores, aditivos o plastificantes.
Aplicaciones
Los polímeros biodegradables se utilizan comercialmente tanto en la ingeniería de tejidos como en el campo de la administración de fármacos de la biomedicina. Las aplicaciones específicas incluyen.
- Suturas
- Dispositivos dentales ( PLGA )
- Dispositivos de fijación ortopédica
- Andamios de ingeniería de tejidos
- Stents vasculares biodegradables
- Anclajes biodegradables para tejidos blandos
Referencias
- ^ Dorado, DK; Reed, AM (1979). "Polímeros biodegradables para uso en cirugía — homo- y copolímeros poliglicólico / poli (ácido actico): 1". Polímero . 20 (12): 1459. doi : 10.1016 / 0032-3861 (79) 90009-0 .
- ^ Pietrzak, WS; Verstynen, ML; Sarver, DR (1997). "Dispositivos de fijación bioabsorbibles: estado del cirujano craneomaxilofacial". The Journal of Craniofacial Surgery . 8 (2): 92–6. doi : 10.1097 / 00001665-199703000-00005 . PMID 10332273 .
- ^ Pietrzak, WS; Sarver, RD; Verstynen, ML (1997). "Ciencia de polímeros bioabsorbibles para el cirujano en ejercicio". The Journal of Craniofacial Surgery . 8 (2): 87–91. doi : 10.1097 / 00001665-199703000-00004 . PMID 10332272 .
- ^ Middleton, John C. y Tipton, Arthur J. (marzo de 1998) Polímeros sintéticos biodegradables como dispositivos médicos, Revista de plásticos médicos y biomateriales, recuperado (2009-11-09)
- ^ Kohn J y Langer R, "Materiales bioabsorbibles y bioerosionables", en Biomaterials Science: An Introduction to Materials in Medicine , Ratner BD (ed.), Nueva York, Academic Press, 2004 ISBN 0125824637 , págs. 115 y siguientes
Otras lecturas
- Algunos polímeros biodegradables, sus propiedades y tiempos de degradación se pueden encontrar en la Tabla 2 de este documento .
- Un ejemplo de la estructura de algunos de los tipos de degradación de polímeros se puede ver en la Fig.1 de este artículo.
- Bellin, I., Kelch, S., Langer, R. y Lendlein, A. Materiales poliméricos de triple forma . Proc. Natl. Acad. Sci. EE. UU. 103, 18043-18047 (2006. Copyright (2006) Academia Nacional de Ciencias, EE. UU.
- Lendlein, A., Jiang, H., Jünger, O. y Langer, R. Polímeros con memoria de forma inducidos por la luz . Nature 434, 879–882 (2005).
- Lendlein, A., Langer, R .: Polímeros biodegradables con memoria de forma elástica para posibles aplicaciones biomédicas, Science 296, 1673–1675 (2002).
- Lendlein, A., Schmidt, AM & Langer, R. Redes de polímero AB basadas en segmentos de oligo (e-caprolactona) que muestran propiedades de memoria de forma y este artículo . Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98 (3), 842–847 (2001). Copyright (2001) Academia Nacional de Ciencias, EE. UU.
- Damodaran, V., Bhatnagar, D., Murthy, Sanjeeva .: Síntesis y procesamiento de polímeros biomédicos, SpringerBriefs in Applied Sciences and Technology, DOI: 10.1007 / 978-3-319-32053-3 (2016).
enlaces externos
- Plásticos biodegradables un año en revisión , Environment and Plastics Industry Council