Argentina desarrolla una nueva generación de biomateriales rumbo a los “implantes inteligentes”

La Universidad Nacional de San Martín (UNSAM) diseña nuevos materiales con un alto potencial bactericida para ser usados en implantes médicos. 

Un 10% de los injertos óseos o el implante de prótesis acaban fallando, según estadísticas médicas, principalmente por la falta de integración de los implantes con el tejido óseo circundante -proceso conocido como osteointegración- y por la aparición de cuadros infecciosos que propician la formación de biopelículas bacterianas resistentes a las defensas del sistema inmunitario y los antibióticos.

“Las superficies de los implantes, que ayudan a las células de nuestro cuerpo a pegarse a ellos, también pueden hacer que las bacterias se queden y crezcan. Cuando las bacterias infectan esos implantes, pueden formar una especie de película pegajosa que es muy mala para la salud. Esto puede empeorar mucho la vida de las personas que tienen esos implantes, y es un problema serio en la atención médica actual. La infección de los biomateriales y la posterior formación de biopelículas bacterianas representa una preocupación emergente en la atención médica”, explica al Suplemento Universidad de Página 12 el investigador del CONICET en el Instituto de Nanosistemas de la UNSAM Diego Pallarola, a cargo del capítulo argentino del proyecto internacional Bio-Tune “Modulación del comportamiento celular: Materiales multifuncionales para implantes médicos”.

Para mejorar el éxito a largo plazo de los implantes médicos, las superficies de los biomateriales deben reducir los niveles de colonización bacteriana sin comprometer las funciones fisiológicas de las células eucariotas. “Los implantes médicos, como por ejemplo los de cadera, conllevan serias complicaciones como mala oseointegración o infecciones que hasta pueden resultar mortales. Por eso, el desarrollo de biomateriales es muy importante para mejorar la calidad de vida de las personas, reducir el sufrimiento y los costos asociados con procedimientos fallidos. Con el proyecto Bio-Tune nos proponemos desarrollar materiales multifuncionales innovadores para producir una nueva generación de implantes médicos con potencial instructivo para las células y propiedades antibacterianas”, indica Pallarola.

En la ciencia de biomateriales es un objetivo central alcanzar la biointegración del implante con los tejidos circundantes. En el marco de Bio-Tune, los investigadores centran su atención en el desarrollo de recubrimientos multifuncionales para abordar y mitigar simultáneamente ambos problemas: no solo estudiar y comprender la interacción de las células eucariotas con las bacterias a nivel biofísico y biomolecular, sino también desarrollar superficies que promuevan la oseointegración y que inhiban la colonización bacteriana. “Así, Bio-Tune introduce una nueva mentalidad y diferentes paradigmas para responder a necesidades clínicas no satisfechas”, subraya el investigador.

Bio-TUNE busca transferir esa tecnología a la industria de implantes médicos. “Los más comunes son los dentales, de cadera, rodilla, hombro, tobillo y craneales”, agrega Pallarola, quien es doctor en Ciencias Químicas por la Universidad de Buenos Aires y realizó estudios postdoctorales en el Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas de La Plata y en el Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme (Stuttgart, Alemania). Pallarola se especializó, además, en el desarrollo de dispositivos biosensores basados en medidas ópticas y electroquímicas para aplicaciones bioanalíticas y biomédicas.

Cooperación internacional

Bio-Tune es un consorcio internacional de investigación en el que participan diez equipos de Europa, Asia y América del Sur, liderados por el Grupo de Investigación en Biomateriales, Biomecánica e Ingeniería de Tejidos (BBT) de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC), que está integrado por químicos, físicos, médicos, biólogos, ingenieros en materiales y biotecnólogos de España, Reino Unido, Italia, Francia, Alemania, Argentina, Perú, Malasia e Indonesia.

El proyecto se centra en la movilidad de sus investigadores, lo cual implica que “la mayor parte de su presupuesto se destina a cubrir los costos asociados con las estadías de investigación que se realizan en los centros de investigación involucrados. Y un 30% se destina a la compra de consumibles y a cubrir gastos de funcionamiento de laboratorio”, detalla Pallarola.

“Nuestro laboratorio de Biosensores Avanzados de la UNSAM juega un rol fundamental en el proyecto, porque desarrollamos dispositivos analíticos capaces de proveer información sobre cómo las bacterias y las células eucariotas interaccionan entre ellas y con la superficie del implante. Estos dispositivos consisten en estructuras muy pequeñas, de dimensiones similares a las de las células, capaces de conducir la corriente eléctrica. Dependiendo de cómo cambian las señales eléctricas a medida que avanza el proceso de integración ósea, puede obtenerse información sobre las características de la superficie que favorecen el proceso”, señala Pallarola.

El equipo del investigador busca descifrar qué tipo de interacciones específicas de unión regulan la competencia entre las bacterias y las células sobre la superficie de un implante. Entender cuáles son los mecanismos implicados en la interacción de las células y las bacterias con las superficies de un implante permitirá desarrollar estrategias para controlar esos procesos.

El capítulo argentino recibió durante cuatro años financiamiento de la Comisión Europea en el marco de la convocatoria Marie Skłodowska-Curie Research and Innovation Staff 2019, para la que fue seleccionado junto a otros 16 proyectos argentinos (entre 67 trabajos internacionales). El proyecto, que lleva ejecutado aproximadamente 70% de su presupuesto, finaliza en diciembre del año 2024. “En esa fecha vamos a llevar a cabo en el campus de la UNSAM la reunión de fin de proyecto a la cual asistirán los líderes de cada grupo de investigación que participan en Bio-Tune y también estudiantes de doctorado y postdoctorado. Participarán además investigadores y estudiantes de doctorado invitados de Argentina que desarrollan su investigación en temáticas afines. Con la presentación de los resultados finales se avanzará en la toma de decisiones relacionadas a la continuación de la investigación científica, así como las etapas correspondientes a la transferencia tecnológica”, anticipa Pallarola.

“Bio-Tune representa el punto de partida hacia la creación de implantes de próxima generación, conocidos como ´implantes inteligentes´. Aunque esta tecnología biomédica se encuentra en sus primeras etapas de desarrollo, los avances en esta dirección tienen el potencial de ofrecer información vital para anticipar posibles problemas, como una baja tasa de integración o infecciones, lo que permitiría tomar medidas preventivas o correctivas a tiempo”, concluye .