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Nuevos Materiales

Implantes con biovidrio

Dos patentes de la UFSCar licenciadas a una empresa resultarán en productos para odontología y medicina

Preparación del biovidrio en fase líquida en el Departamento de Ingeniería de Materiales (DEMa)

Léo RamosPreparación del biovidrio en fase líquida en el Departamento de Ingeniería de Materiales (DEMa)Léo Ramos

La Universidad Federal de São Carlos (UFSCar) le licenció dos patentes a Vetra, una empresa formada por exalumnos del Departamento de Ingeniería de Materiales (DEMa). La primera de ellas se refiere a un tipo de vidrio con una nueva composición química que lo dota de alta bioactividad destinado a revestimientos de implantes metálicos y el tratamiento de lesiones de piel, por ejemplo. La otra es un método de recubrimiento de injertos médicos y odontológicos metálicos o cerámicos que asegura la compatibilidad con el organismo, evita rechazos y acelera la integración con el hueso. El vidrio común es un material duro y quebradizo. Con alteraciones en su formulación química, tales como una mayor cantidad de calcio y de fósforo, se vuelve bioactivo y adquiere así el nombre de biovidrio, con capacidad bactericida y de acelerar la regeneración del hueso y la integración de las prótesis con el mismo.

El coordinador del equipo de investigación de la universidad, Edgar Dutra Zanotto, docente del Laboratorio de Materiales Vítreos (LaMaV) del DEMa, dice que los biovidrios tienen diversas aplicaciones en las áreas médica, odontológica y veterinaria. “En forma de polvo, al disolverse cuando entran en contacto con los fluidos corpóreos, logran acelerar la regeneración de tejidos lesionados del cuerpo humano, tales como fracturas óseas, heridas de la piel, problemas en los cartílagos, el esmalte y la dentina de los dientes y hasta nervios”, explica. De acuerdo con Dutra Zanotto, cuando se los implanta, estos materiales desencadenan una serie de reacciones que estimulan la proliferación celular, y hacen así que el cuerpo logre regenerar lesiones complejas que tardarían mucho tiempo para cicatrizar o no cicatrizarían.

El biovidrio surgió a finales de la década de 1960. Lo que cambia ahora son las nuevas fórmulas químicas y sus aplicaciones. El primer biovidrio fue inventado en 1969 por Larry Hench, de la Universidad de Florida, en Estados Unidos. Ese material, llamado  Bioglass 45S5, aún en uso, se caracteriza por su capacidad de promover una rápida y durable unión química con el tejido óseo. Pero tiene sus limitaciones, entre ellas su baja resistencia mecánica a la fractura. Asimismo, exhibe una tendencia a la cristalización, lo cual impide la producción de piezas tridimensionales (3D), fibras y scaffolds (estructuras altamente porosas que pueden servir de soporte para injertos óseos).

Malla flexible elaborada con fibras de vidrio bioactivo para su uso como apósito en heridas y quemaduras

Léo RamosMalla flexible elaborada con fibras de vidrio bioactivo para su uso como apósito en heridas y quemadurasLéo Ramos

El avance de los investigadores de la UFSCar reside en el desarrollo de una nueva fórmula, que evita la cristalización del material y puede depositarse sobre la superficie de implantes dentales u ortopédicos, e incluso puede utilizarse para producir piezas en impresoras 3D. Asimismo, en forma de fibras largas puede tejérselo para producir apósitos para heridas y quemaduras de piel, por ejemplo. El nuevo biovidrio, aparte de calcio y fósforo, contiene en su composición óxidos de silicio, sodio y potasio, además de otros pocos elementos. El trabajo del equipo de la UFSCar se realizó en el ámbito del Centro de Enseñanza, Investigación e Innovación en Vidrios (CeRTEV), uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (Cepid), financiados por la FAPESP.

De acuerdo con Marina Trevelin Souza, exdoctoranda de Zanotto y socia fundadora de Vetra, el vidrio bioactivo que desarrollaron, llamado F18, y al igual otros biovidrios, representa una nueva generación de biomateriales, mucho más eficaces en la regeneración de tejidos que los demás productos disponibles en el mercado. “Son osteoinductores, es decir que estimulan la proliferación de células óseas”, dice. “Ese estímulo es provocado por la liberación de ciertos tipos de iones que, cuando son absorbidos por las células óseas, activan genes relacionados con el proceso de proliferación celular”. Otra ventaja del material consiste en ser totalmente reabsorbible. La nueva formulación tiene también propiedades angiogénicas, que ayuda en la formación de nuevos vasos sanguíneos en el área del implante o de la lesión. Trevelin Souza tiene como socios en Vetra a sus colegas Clever Ricardo Chinaglia (exposdoctorando de Dutra Zanotto) y Murilo Camuri Crovace, posdoctorando en la misma unidad de la UFSCar. Trevelin Spuza y Camuri Crovace son sólo socios fundadores y no desarrollan actividades en la empresa, cuya gestión está a cargo de Chinaglia.

La segunda tecnología licenciada a Vetra es un nuevo proceso de recubrimiento de los implantes con biovidrio al que el equipo de la empresa denomina biofuncionalización. “Con ella recubrimos prótesis ortopédicas y odontológicas (metálicas o cerámicas) con una capa de vidrio bioactivo en su superficie”, explica Trevelin Souza. “Esto también acelera el proceso de osteointegración y previene infecciones. Asimismo, esa capa no compromete las propiedades del material del implante, porque es totalmente reabsorbida por el organismo al cabo de algunos días”. Trevelin Souza asegura que la solubilidad del biovidrio F18 es mayor que la del Bioglass 45S5, de uso comercial. Empieza a disolverse enseguida después de la colocación del injerto en el organismo y se integra rápidamente al hueso. De acuerdo con Camuri Crovace, algunos tipos de biovidrios comunes, similares al 45S5, ya son explotados comercialmente en el exterior, y se aplican clínicamente desde hace casi 30 años, pero aún no se los produce en Brasil.

Implante odontológico con cobertura de biovidrio: una mejor integración con el hueso y prevención de infecciones

Léo RamosImplante odontológico con cobertura de biovidrio: una mejor integración con el hueso y prevención de infeccionesLéo Ramos

Sin vestigios
El equipo realizó pruebas en ratones, conejos y perros con injertos e implantes dentales de titanio biofuncionalizados. El resultado más importante fue que, luego de los análisis histomorfométricas para la cuantificación de estructuras óseas, se descubrió que la formación de hueso nuevo sobre los injertos recubiertos con el biovidrio F18 durante las primeras dos semanas es dos veces más rápida con relación a los no biofuncionalizados. Asimismo, al cabo del proceso de osteointegración, no se encontró ningún vestigio del material bioactivo en la superficie de las prótesis.

Fundada en 2014, Vetra pretende inicialmente suministrar el vidrio bioactivo en forma de polvos y gránulos a empresas productoras de biomateriales en las áreas odontológica, médica y veterinaria. “Futuramente, la idea es producir artículos más complejos, tales como fibras, tejidos y scaffolds”, comenta Marina. Para poner ese plan en práctica,Vetra pretende captar recursos de fondos de inversión y establecer colaboraciones con clientes que se interesen en innovar y deseen ofrecer productos avanzados y de alto rendimiento”. Muchas de las tecnologías que la empresa presentó ya se han desarrollado y cuentan con estudios clínicos con humanos que prueban su eficacia, tales como los productos para hipersensibilidad y remineralización post blanqueamiento dental con biovidrio, por ejemplo. “Por eso estamos buscando socios que puedan sacar esas tecnologías innovadoras al mercado. Los principales potenciales clientes son empresas del área de salud.”

Varios grupos de investigación de Brasil están realizando los ensayos clínicos. “Creamos una red llamada Biomaterials Research and Technology Network [Bionetec] con más de 64 investigadores de diferentes universidades que toman parte en las pruebas in vitro [en tejidos biológicos en laboratorio], in vivo [con animales] y en los ensayos clínicos [en humanos] de nuestros materiales. Investigadores de diversas instituciones realizaron innumerables pruebas: las facultades de Medicina de la Universidad de Campinas (Unicamp) y de la Universidad de São Paulo (USP) en Bauru, el Centro de Ciencias Biológicas y de la Salud de la UFSCar, las facultades de Odontología de la USP de Ribeirão Preto y de la Universidade Estadual Paulista (Unesp) de Araraquara, y la Facultad de Biociencias de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp)”, por ejemplo, comenta Trevelin Souza.

Vidrio bioactivo en forma monolítica utilizado como injerto para regeneración ósea

Léo RamosVidrio bioactivo en forma monolítica utilizado como injerto para regeneración óseaLéo Ramos

Camila Tirapelli, docente de la Facultad de Odontología de Ribeirão Preto, de la USP, experta en prótesis dentales, fue una de las investigadoras que realizó test con un material del grupo de la UFSCar, el biosilicato, precursor del F18. “Realizamos ensayos clínicos aplicando el biovidrio en la hipersensibilidad dental causada por tratamiento periodontal, ablaciones y recesiones gingivales con alrededor de 180 pacientes”, dice Tirapelli. El estudio salió publicado en la revista científica Journal of Oral Rehabilitation. “También procedimos a la aplicación del nuevo material en pacientes con sensibilidad dental ocasionada por blanqueamiento. Fueron 200 pacientes en el estudio, publicado Journal of Dentistry. Los resultados fueron positivos”. Ahora, su grupo está realizando ensayos del biovidrio en seres humanos como material de cobertura en el tratamiento de dientes cariados.

“En Brasil aún no existen vidrios bioactivos como el desarrollado por el equipo de Dutra Zanotto disponibles para su comercialización, al menos no dentro de mi área de actuación”, dice Tirapelli, quien desde hace varios años realiza ensayos clínicos en el área odontológica con los biomateriales del DEMa-UFSCar. “En el mundo existen raras empresas que yo conozca que hacen lo propio. La entrada de esos productos en el país tiene un costo alto”. De acuerdo con la investigadora, ese biomaterial aún tiene un uso restringido, incluso en países desarrollados. “En Brasil, se restringe al ambiente académico”. El próximo paso para llegar a su uso comercial es la obtención del registro de la Agencia Nacional de Vigilancia Sanitaria (Anvisa).

Vetra está entrando en un mercado en el cual el crecimiento es acelerado. “El mercado de biomateriales es uno de los que más crecen en el mundo, a una tasa superior al 15% al año”, dice Dutra Zanotto. Según un estudio de la empresa india MarketsandMarkets (M&M), de investigación de mercado, se estima que el área de biomateriales, la cual incluye a los tipos de materiales (metálicos, cerámicos, polímeros) y sus aplicaciones (cardiovascular, ortopédica y dental, entre otras), llegará a un valor global de 130.500 millones de dólares en 2020. En 2015, la facturación total del sector fue de 62 mil millones de dólares.

Para la Ingeniera de materiales Cecilia Amelia de Carvalho Zavaglia, docente del Departamento de Ingeniería de Manufacturas y Materiales de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Unicamp, el biovidrio desarrollado por el equipo de Dutra Zanotto y licenciado a Vetra es prometedor. “En todo el mundo hay gente desarrollando biovidrios”, dice. “El que se elaboró en la UFSCar es innovador, no es una mera copia de lo que se hace afuera. La diferencia reside en la composición.” Ahora debe ser mejor divulgado entre los profesionales de la salud y quedar disponible en el mercado, tras la aprobación de Anvisa.

Proyectos
1. CeRTEV – Centro de Investigación, Tecnología y Educación en Materiales Vítreos (nº 2013/07793-6); Modalidad Programa Centros de Investigación, Innovación y Difusión (Cepid); Investigador responsable Edgar Dutra Zanotto (UFSCar); Inversión R$ 22.174.519,45 (en cinco años para todo el CeRTEV).
2. Desarrollo y caracterización de tejidos vítreos flexibles altamente bioactivos (nº 2011/22937-9); Modalidad Beca en Brasil – Regular – Doctorado; Investigador responsable Edgar Dutra Zanotto (UFSCar); Becaria Marina Trevelin Souza (UFSCar); Inversión R$ 127.215,87.
3. Scaffolds vitrocerámicos bioactivos aplicables a la ortopedia y a la odontología obtenidos mediante tecnologías tridimensionales (nº 2013/07059-0); Modalidad Beca en Brasil – Regular – Posdoctorado; Investigador responsable Edgar Dutra Zanotto (UFSCar); Becario Murilo Camuri Crovace (UFSCar); Inversión R$ 252.448,23.
4. Desarrollo de superficies de titanio con actividad antibacteriana vía aplicación de capa de un vidrio bioactivo (nº 2013/05856-0); Modalidad Beca en Brasil – Regular – Posdoctorado; Investigador responsable Edgar Dutra Zanotto (UFSCar); Becario Clever Ricardo Chinaglia (UFSCar); Inversión R$ 166.051,07.

Artículos
TIRAPELLI, C. et al. The effect of a novel crystallised bioactive glass-ceramic powder on dentine hypersensitivity: a long-term clinical study. Journal of Oral Rehabilitation. v. 38, n. 4, p. 253-62. abr. 2011.
PINTADO-PALOMINO, K. et al. A clinical, randomized, controlled study on the use of desensitizing agents during tooth bleaching. Journal of Dentistry. v. 43, n. 9, p. 1099-105. online. 6 jul. 2015.
GABBAI-ARMELIN, P. R. et al. Effect of a new bioactive fibrous glassy scaffold on bone repair. Journal of Materials Science: Materials in Medicine. v. 26, n. 177, p. 1-13. 2015.
CROVACE, M. C. et al. Biosilicate®—A multipurpose, highly bioactive glass-ceramic. In vitro, in vivo and clinical trials. Journal of Non-Crystalline Solids. v. 432, p. 90-110. ene. 2016.

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