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Producción de prótesis

Plástico de asaí

La semilla de una fruta tropical constituye la materia prima para el reemplazo de huesos del cráneo

Palmera de asaí con frutos

FABIO COLOMBINI Palmera de asaí con frutos FABIO COLOMBINI

Apreciado en jugos, cremas u helados, el asaí, fruto de la palmera Euterpe oleracea, podrá utilizarse para la producción de un plástico natural y renovable para construir prótesis óseas, principalmente para la zona de la cabeza. Para ello, solamente se utilizarán las semillas del fruto. Esta novedad es producto del trabajo un equipo de investigadores encabezado por el ingeniero químico Rubens Maciel Filho, docente de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp). El plástico de asaí, un fruto muy común en la región norte del país, demostró poseer las mismas características del poliuretano fabricado a base de petróleo. Las pruebas in vitro señalan que el material es biocompatible y presenta excelentes propiedades mecánicas y biológicas.

“Según muestran recientes investigaciones, este fruto cuenta con propiedades antioxidantes, antiinflamatorias y analgésicas, entre otras con interés en bioaplicaciones”, explica Maciel, coordinador del Instituto de Biofabricación (Biofabris), uno de los Institutos Nacionales de Ciencia y Tecnología (INCT), instalado en la Facultad de Ingeniería Química (FEQ), de la Unicamp. Las investigaciones comenzaron en 2009 y el nuevo polímero, que generó un pedido de patente, es el resultado de una tesina de maestría y luego de la tesis doctoral de la investigadora Laís Gabriel, ambos trabajos bajo la dirección de Maciel.

El ingeniero mecánico André Jardini, investigador en Biofabris, dice que el poliuretano es un material muy utilizado para la fabricación de prótesis ortopédicas, dado que presenta compatibilidad con los tejidos vivos. “Además, no libera sustancias tóxicas cuando se lo implanta”, agrega. “Al utilizar un sustituto de origen vegetal, se contará con otra ventaja: el bajo costo de la materia prima. Puede compararse mediante una prótesis craneana de biocerámica, que cuesta, en promedio, 120 mil reales. Esperamos construir una similar a base de asaí, con un costo aproximadamente cinco veces menor”.

El proceso de producción del nuevo material comienza con la extracción de la pulpa del fruto en una máquina que sirve para ello. El consumo de asaí en la ciudad de Belém genera 350 toneladas diarias de descascarados (semillas y bagazo). “Lo que queda es una biomasa húmeda, carozos recubiertos por fibras y partículas no solubles”, explica la profesora Carmen Gilda Tavares Dias, del laboratorio de Ingeniería Mecánica de la Universidad Federal de Pará (UFPA), quien aportó las muestras de descascarados utilizadas por los investigadores de Biofabris. “Esa biomasa se coloca en una máquina de secado para la extracción de las semillas secas”.

EDUARDO CESARPrótesis rígida y en forma entrelazada, producidas con semillas del fruto de la palmera de asaí EDUARDO CESAR

A partir de esa fase comienza, la producción propiamente dicha del poliuretano, fabricado a partir de una sustancia denominada poliol, extraída de las semillas. Se le agrega un componente químico con isocianato (un líquido viscoso) e hidrógeno, dentro de un reactor. El paso siguiente consiste en agregar nanopartículas de hidroxiapatita, una sustancia conformada principalmente por fosfato de calcio, el principal componente de los huesos, que es absorbible por el organismo. El producto resultante es el polímero de asaí, una espuma rígida y porosa, que facilita el crecimiento óseo. Según los investigadores, éste es el más indicado para implantes y prótesis en regiones del cuerpo que no exigen gran esfuerzo mecánico, tales como el cráneo y el rostro. “En el caso de una prótesis para la cabeza del fémur, por ejemplo, existen otros materiales más resistentes, tales como el titanio”, analiza Jardini.

De ser aprobado en los ensayos clínicos, que todavía se están llevando a cabo, el biopoliuretrano, desarrollado en Biofabris con financiación de la FAPESP y del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq), podrá constituir una alternativa precisa y rápida para elaborar prótesis o implantes óseos. El tratamiento podrá ser personalizado, según las necesidades de cada paciente. A partir de una imagen tomográfica de la región lesionada, procesada mediante el software InVesalius (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 148), desarrollado por el Centro de Tecnología de la Información Renato Archer (CTI), de Campinas, se podrá producir una prótesis a la medida. Jardini explica que el primer paso para su personalización es hacer la segmentación, separando tejidos blandos (piel, músculos, arterias) de tejidos duros (hueso). “El paso siguiente consiste en generar una imagen tridimensional del tejido duro, mostrando la porción faltante. Luego, mediante espejado, nosotros ‘dibujamos’ la prótesis. El último paso es enviar esa información a un equipo de prototipado rápido, que construirá una réplica anatómica fiel, capa por capa, del hueso faltante”.

El área de biomateriales y biofabricación es un campo en el que las investigaciones están expandiéndose en todo el mundo. “El área de los biopolímeros o biomateriales poliméricos es bastante extensa, debido a la amplia variedad de plásticos que pueden utilizarse, tales como, por ejemplo, acrílico, polietileno, polipropileno y PVC”, dice Luis Alberto dos Santos, docente del Laboratorio de Biomateriales de la Universidad Federal de Rio Grande do Sul (UFRGS). “Las investigaciones están enfocadas en dos tipos de polímeros: los de alta resistencia mecánica, para uso en sitios de alta movilidad (columna, placas, tornillos) y los absorbibles, que no requieren cirugía para extraérselos y pueden utilizarse para la liberación de drogas y antibióticos”.

Según Santos, el término biopolímero posee dos amplios significados. “Puede ser un biomaterial para uso biomédico o un polímero obtenido a partir de materiales biológicos que no necesariamente se utiliza en humanos”, explica. En relación con sus propias investigaciones, Santos dice que desarrolla un plástico derivado del ácido láctico, hallado, por ejemplo, en la carne o en la leche, que se utiliza para hilos de sutura e implantes absorbibles. “Otro biopolímero con el que trabajamos es el alginato de sodio, derivado de algas”, comenta. “El material es un hidrogel, que absorbe gran cantidad de agua, que puede utilizarse para cubrir heridas ocasionadas por quemaduras y en diabéticos, en pañales y toallas íntimas, aparte de también puede emplearse como soporte para el cultivo de células”. Ambos trabajos generaron un pedido de patente.

El Proyecto
Biofabris – Instituto de Biofabricación (nº 2008/ 57860-3); Modalidad
Proyecto Temático – INCT; Coordinador Rubens Maciel Filho – Unicamp; Inversión R$ 427.794,75 y US$ 766.420,83 (FAPESP)

 

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