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Articulaciones Artificiales

Así seguro que hace equilibrio

Surge un nuevo tratamiento superficial para materiales de prótesis, que redunda en un menor desgaste

En Brasil se hacen anualmente alrededor de 14 mil cirugías para la inserción de prótesis de rodilla y cadera, costeadas por el sistema público de salud. Es que tales intervenciones quirúrgicas son fundamentales para recuperar los movimientos perdidos como consecuencia de accidentes, enfermedades degenerativas, como es el caso de las artrosis y artritis, o tumores óseos. La demanda de articulaciones artificiales cada vez más parecidas a las originales llevó a investigadores de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) a aplicar un nuevo proceso de tratamiento en una aleación de titanio utilizada en aplicaciones ortopédicas, que resultó en un revestimiento biocompatible de alta resistencia al desgaste. Es el revestimiento con el menor rozamiento ya obtenido para este tipo de aplicaciones, dice la investigadora Emília Tieko Uzumaki, responsable del estudio, presentado y premiado en dos congresos internacionales realizados en septiembre: en el Congreso de la Sociedad Europea de Biomateriales, en Italia, y en el Congreso de Superficies, Revestimientos y Materiales Nanoestructurados, en Portugal. En el marco de este estudio, llevado a cabo como parte de su tesis doctoral en la facultad de Ingeniería Mecánica de la Unicamp, con dirección de tesis de la profesora Cecília Zavaglia, la aleación de titanio fue recubierta con carbono tipo diamante, también conocido como DLC, del inglés Diamond-Like Carbon, un material biocompatible que posee propiedades de gran dureza, bajo rozamiento y resistencia al desgaste y a la corrosión. La aleación de titanio es la mejor aleación biocompatible, dice Emília. No obstante, para su utilización en articulaciones debe pasar por un tratamiento superficial, de manera tal de resistir al desgaste.

Para aplicar el DLC se utiliza un proceso de inmersión en plasma desarrollado por el investigador Carlos Salles Lambert, del Instituto de Física de la Unicamp, que se encuentra ahora en fase de obtención de patente. Mediante esta técnica de deposición se emplea un plasma de un hidrocarburo un gas, como el metano o el acetileno para envolver enteramente las piezas y revestirlas con el carbono tipo diamante. Esto hace posible obtener un revestimiento uniforme de grandes áreas de hasta un metro cuadrado o más, dependiendo del tamaño del equipo utilizado, con bajo costo en comparación con otras técnicas de deposición por plasma. Las técnicas convencionales, al margen de no brindar una buena adherencia, no permiten que la película de carbono se deposite en grandes áreas y en formas complejas, dice Lambert. Las mismas se utilizan principalmente en pequeñas superficies planas.

Materiales biocompatibles – Actualmente, el material más utilizado en las articulaciones metálicas de las prótesis de rodilla y cadera es el polietileno de ultra alto peso molecular con características especiales, que actúa como amortiguador y es el mejor polímero conocido para tal aplicación. Aun así, es el factor limitador del tiempo de la vida útil de las prótesis, que puede variar de cinco a quince años. Esto significa que, de tiempo en tiempo, las prótesis deben ser revisadas y reemplazadas, total o parcialmente. Por tal motivo, la demanda de nuevos materiales biocompatibles para prótesis ortopédicas que tengan mayor tiempo de vida útil no cesa. Y el interés de las empresas por productos innovadores también. El revestimiento de la liga metálica con DLC disminuye el desgaste de la prótesis, y así, aumenta su tiempo de vida útil. Hasta ahora tres empresas han mostrado interés en el nuevo material.

Todas las pruebas destinadas a evaluar si el revestimiento de DLC obtenido por inmersión en plasma puede utilizarse en el cuerpo humano, por exigencia de las normas brasileñas y de la agencia estadounidense de control de alimentos y medicamentos, la Food and Drug Administration (FDA), están realizándose en la Unicamp. En el Departamento de Biología Celular del Instituto de Biología, se hicieron los test de biocompatibilidad in vitro realizados con el cultivo de células en laboratorio, en citotoxicidad, adherencia y morfología celular. El ensayo de biocompatibilidad in vivo, con implantes en el tejido muscular y óseo de animales, se realizó en el Núcleo de Medicina y Cirugía Experimental, contando con la colaboración del profesor William Dias Belangero, del Departamento de Ortopedia de la facultad de Ciencias Médicas de la universidad. Los estudios demostraron que la respuesta celular fue mejor para la aleación de titanio revestida con DLC que para la aleación sin revestimiento, dice Emília. Como así también la resistencia a la corrosión, agrega.

Las películas de DLC obtenidas mediante procesos convencionales empezaron a estudiarse en el Instituto de Física de la Unicamp a comienzos de la década de 1980. La nueva técnica de deposición, que Lambert empezó a investigar en los años 1990, se utilizó anteriormente para tratar piezas destinadas a las áreas médica, automovilística, aeroespacial, petroquímica y petrolífera. En el sector automotor, engranajes para motores, piezas de rodamientos y bulones están revistiéndose con DLC para disminuir el rozamiento. En el aeroespacial, el proceso se empleó experimentalmente con éxito en piezas que forman parte de las alas de los aviones. El tratamiento mejora la superficie, aumentando el tiempo de vida sin incrementar el peso de la pieza, dice el investigador. En el área biomédica, están probándose en animales válvulas cardíacas y stents, utilizados durante cirugías como sustentación mecánica para impedir que las arterias vuelvan a cerrarse, revestidos con DLC. Resultados preliminares han demostrado que el nuevo proceso ayuda a reducir la formación de coágulos. La posibilidad de aplicar el DLC en diversos productos ha suscitado la atención de varias empresas que estuvieron presentes en el Congreso Internacional de Nanotecnología, realizado en julio en São Paulo. Posteriormente, algunas estuvieron en la Agencia de Innovación (Inova) de la Unicamp para iniciar los entendimientos que pueden resultar en contratos de licencias.

Un bisturí quirúrgico – En el marco de un trabajo conjunto, Lambert y Emília estudiaron en condiciones reales de uso objetos sujetos a desgaste abrasivo. Cuchillas industriales y bisturíes quirúrgicos con revestimiento de DLC se probaron en una hilandería de la localidad de Jundiaí, en el interior de São Paulo. La empresa utiliza el bisturí quirúrgico en varias máquinas para cortar grandes cantidades de telas y plásticos. En cada una de éstas se disponen entre 100 y 200 bisturíes de dos en dos la cantidad depende del ancho de las tiras que han de cortarse, que tienen un tiempo de vida útil de 20 días en promedio, considerando como parámetro los tejidos más abrasivos. Con el revestimiento de DLC, los bisturíes duraron 60 días, tres veces más que el tiempo normal, lo que redunda en un sustancial ahorro para la empresa, que utiliza alrededor de 500 por mes. Las cuchillas industriales, que parecen discos, también pudieron usarse durante un período tres veces mayor luego del tratamiento con plasma. En lugar de 30 días, resistieron 90.

De las muchas aplicaciones probadas, una se apresta a salir al mercado. Tres empresas de la ciudad de Cordeirópolis, interior de São Paulo, están dispuestas a aplicar el revestimiento de DLC en utensilios domésticos e industriales, tales como ollas, sartenes, asaderas y fuentes de horno para panes y tortas, incluso para panificadoras, en reemplazo de los antiadherentes convencionales. El proceso de inmersión en plasma le otorga al material resistencia al desgaste y a la abrasión, propiedades que aseguran la adherencia del revestimiento aun cuando éste entra en contacto con la esponja de acero, durante el proceso de limpieza.

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