Modificar la estructura de materiales médicos para evitar el rechazo e incluso poder añadirles fármacos

Para evitar las infecciones que muchos pacientes adquieren al insertárseles sondas, válvulas o cualquier material implantable en su cuerpo, Franklin David Muñoz Muñoz desarrolló –durante su estudio de doctorado en la UNAM– una metodología para modificar o funcionalizar materiales de uso biomédico como el poliuretano.

Para ello utilizó radiación de alta energía, de tal manera que sus parámetros de biocompatibilidad y citotoxicidad se alteraran de forma negativa. Un objetivo específico era incluir funcionalidades que permitieran interaccionar con un antibiótico para, posteriormente, lograr una liberación controlada, en especial sobre los sitios de implante.

Bajo la tutoría de Emilio Bucio Carrillo, investigador del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN) de esta casa de estudios, Muñoz Muñoz, químico colombiano (quien cursó maestría y doctorado en Ciencias Químicas en esta casa de estudios) mejoró un poliuretano comercial, de marca registrada Tecoflex®, al modificar su estructura interna para conferirle sensibilidad a estímulos como la temperatura y pH.

Por este desarrollo, ya patentado, ganó la edición 2013 del Premio IIM-UNAM a la Mejor Tesis Doctoral en el Área de Ciencia e Ingeniería de Materiales, que desde hace 18 años otorga el Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) de esta universidad.

La investigación se realizó en el Laboratorio de Macromoléculas del Departamento de Química de Radiaciones y Radioquímica del ICN, en colaboración con el Departamento de Farmacia y Tecnología Farmacéutica de la Facultad de Farmacia de la Universidad Santiago de Compostela, de España.

Con frecuencia, los polímeros convencionales con los que están hechos varios dispositivos de uso biomédico se relacionan a la generación de infecciones en pacientes durante un proceso quirúrgico o una estancia hospitalaria, pues son fácilmente colonizados por bacterias presentes en este medio, como Staphylococcus aureus, que como la mayoría, tienen la capacidad de poblar rápidamente la superficie de los materiales y formar biocapas o biopelículas, mecanismo que las hace impermeables a la acción de los antibióticos.

Ello conduce a un problema de salud pública que abarca no sólo los altos niveles de mortalidad y morbilidad, sino también el incremento de los costos del tratamiento (debido al reemplazo inmediato del dispositivo infectado) y de la estancia hospitalaria, así como la necesidad de una nueva administración de antibióticos con un aumento en sus dosis, explicó Muñoz en entrevista.

Irradiar para modificar la estructura

Para modificar e incorporar nuevas funcionalidades en el poliuretano comercial, ese material fue sometido al irradiador Gamma-Beam 651 PT del ICN. Con ese proceso se promovieron reacciones de injerto y entrecruzamiento para formar sistemas de redes interpenetrantes con respuesta dual a los cambios de temperatura y pH en medios fisiológicos.

Las modificaciones fueron optimizadas para maximizar la interacción entre el material y los fármacos, como la vancomicina –antibiótico usado para combatir bacterias gran-positivas–; con ello se logra liberar la sustancia de manera controlada y localizada específicamente en los sitios de inserción. Con este método se pudo inhibir el crecimiento bacteriano sobre catéteres y láminas del material propuesto.

Escogimos el material Tecoflex® por sus ventajas frente a otros polímeros en aplicaciones biomédicas, como son su alta biocompatibilidad y baja toxicidad, para comprobar que un uso adecuado de la radiación gamma sirve como herramienta para dotar de nuevas y múltiples funciones especializadas a estos materiales, sin alterar negativamente sus parámetros.

Además, hemos avanzado en la meta de reinsertar el uso en aplicaciones biomédicas, de otros polímeros que actualmente son descartados por su susceptibilidad a la colonización bacteriana, como son el polipropileno y el polietileno, detalló.

Las infecciones bacterianas se adquieren con frecuencia en procesos quirúrgicos, posoperatorios o por una asepsia inadecuada sobre las puntas del implante expuesto al medio, lo que implica un riesgo para los pacientes que necesitan convivir a diario con esta clase de dispositivos. “Con estos nuevos materiales buscamos que un sistema implantable, como un catéter, extienda su vida útil después del proceso de inserción y así atravesar con éxito las primeras 24 horas de aplicación, periodo de alta vulnerabilidad para esta clase de dispositivos”, acotó.

Con el nuevo insumo, en las primeras horas de uso los dispositivos empiezan a liberar las sustancias bioactivas, para evitar la colonización durante el proceso quirúrgico.

Tras la irradiación, el material fue modificado con componentes químicos sensibles a estímulos, que liberan o absorben sustancias farmacológicas en respuesta a las condiciones del medio. “El material fue optimizado de tal manera, para que según los valores de temperatura o pH del paciente la sustancia sea liberada de forma local en el organismo, al migrar desde su superficie. Por otro lado, el uso de radiación implica que otros precursores e iniciadores de reacción, considerados como contaminantes en muchos materiales diseñados para aplicaciones biomédicas, sea omitido”, concluyó.