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Entre los temas de mayor interés, se cuentan los de
biomecánica, órganos artificiales y dispositivos de
ayuda, e ingeniería celular. En las últimas
décadas, el reemplazo de órganos o el cumplimiento de
funciones deterioradas mediante elementos sustitutivos,
naturales o elaborados, es una de las contribuciones más
importantes de la ciencia y la tecnologia a la medicina.
Estas prácticas han incrementado significativamente la
expectativa de vida de personas en situaciones clinicas
comprometidas, pero generan importantes problemas sociales,
legales y económicos -el tema de los costos y de posibles
alternativas para los sistemas de salud es uno de los más
candentes-. Las limitaciones de las soluciones actuales han
impulsado a la búsqueda de nuevas técnicas, que podrian
llamarse de segunda generación, en las que, según el
profesor Peter Rolfe, la nanotecnología se encuentra con
la ingeniería celular. (Por nanotecnalogía se entiende
el uso de dispositivos cuyas dimensiones se miden en
nanómetros, o millonésimas de milímetros -109m-;
tales dimensiones permiten actuar dentro de una célula: de
allí el término ingeniería celular)
En los últimos tiempos se
produjo una transición de los órganos artificiales
primitivos hacia otros, hibridas, realizados mediante el
cultivo de tejidos específicos y utilizando como soporte
materiales sobre los que fueron sintetizadas moléculas con
actividad biológica. Es clara la relación de estos trabajos
con las estudios de superficies efectuados por la ciencia de
materiales. La tarea interdisciplinaria de biólogos
celulares y moleculares, físicos médicos, ingenieros
biomédicos y otros especialistas ha hecho posible el estudio
de fenómenos celulares y moleculares en ambientes que emulan
cercanamente las condiciones in vivo y ha llevado a
resultados alentadores en el cultivo de telidos sanguíneos,
de piel, de hígado, algunas células del páncreas, vasos
sanguíneas, sistemas sensoriales, hueso y cartílago.
Ha quedado demostrada la
importancia de las fioctares fisicos y químicos en
los procesos de crecimiento. Por elemplo, en el caso del
tejido nervioso, aplicando tensiones elásticas al medio de
cultivo se logra estimular el crecimiento de dendritas.
También, usando soportes hechos con materiales como
policarbonatos, que permiten el crecimiento de las células
en las tres dimensiones del espacio, se pueden cultivar casi
todas las células sanguíneas, mientras que métodos
anteriores, que permitían sólo el crecimiento bidimensianal
(esto es, en una superficie), sólo posibilitaban hacer
crecer algunas. Ideas similares se ensayan para estimular el
crecimiento y la regeneración de cartílago.
El cultivo de neuronas sobre
substratos de silicio ha permitido realizar avances
importantes en la comprensión del crecimiento de las
dendritas y de la interconectividad, y en la de la
organización de redes neuronales naturales. Ahora es posible
hacer experimentos no invasores conectando estas redes
naturales a sistemas de microelectrados (producidos mediante
técnicas de fabricación de películas delgadas) y estudiando
la respuesta y actividad eléctrica de las redes ante los
estimulos aplicados. Se han estudiada cultivos provenientes
tanto de invertebradas como del cerebro de mamíferos.
La actual práctica clínica
utiliza permanentemente sensores y otros dispositivos
intravasculares, que pueden causar la adsorción (o
retención) de proteínas sobre las paredes vasculares y,
eventualmente, producir trombosis (o coagulación de la
sangre dentro del vaso). Ello impulsó a una búsqueda de
innovaciones en los materiales usados para fabricar tales
dispositivos. Una idea que se está explorando es recubrirlos
con células naturales del endotelio vascular, para lo cual
se investigan distintas formas de realizar su cultivo in
vitro; otra posibilidad es hacerlo can materiales
sintéticos, que emulen las propiedades bioquímicas de la
membrana celular
Existen novedades sobre
sistemas sensoriales artificiales. Por ejemplo, en el
Japón se fabricó un laminado constituído por una ca pa de
bacteriorodopsina -el pigmento fotosensible del ojo-
colocada entre dos planchas delgadas de silicio. Ante el
estimulo de la luz, el dispositivo produce una señal
eléctrica medible; constituiría un primitivo ojo artificial,
que quizás proveería una visión rudimentaria si se lograra
acoplar adecuadamente esa señal eléctrica con el nervio
óptico y, por ende, con el cerebro.
En todo lo referente a la
fabricación de órganos sustitutivos y su
implantación, es necesario investigar tanto el cultivo in
vitro de distintos tipos de células sobre un substrato
adecuado (usualmente polimérico), como la construcción in
vivo de estructuras anatómicas sobre un soporte
adecuado. Hace falta mejorar los materiales resorbibles, así
como encontrar técnicas adecuadas de recubrimiento con
membranas sintéticas libres de compuestos que puedan
producir rechazo inmunológico (ensayos de este tipo se están
realizando, por ejemplo, para poder transplantar fragmentos
de páncreas porcino a enfermos de diabetes).
En lo que hace a recubrimientos
de materiales usados en prótesis o implantes óseos (como
aleaciones de aluminio con titanio y vanadio), hay dos
aspectos especialmente importantes, que a menudo constituyen
condiciones antagónicas o, incluso, excluyentes: mejorar la
adhesión y, al mismo tiempo, aumentar la resistencia al
desgaste mecánico. En implantes metálicos, por ejemplo, la
porosidad favorece la adhesión, pero también el ataque
químico, ya que, con el tiempo, se difunden distintos
elementos en la capa porosa superficial, generalmente
constituida por un óxido, provenientes tanto del medio
fisiológico como del substrato metálico. Tales impurezas
afectan la estabilidad del recubrimiento y las propiedades
físicas, químicas y mecánicas del implante, por lo que se
han buscado diversas soluciones. Es posible mejorar la
dureza de la superficie fundiéndola mediante un láser; se
puede incrementar la resistencia a la corrosión recubriendo
el metal con una capa de fosfato y añadiendo otros
compuestos de manera controlada. Cuando se estudió el efecto
de depositar una capa muy delgada de titanio, se comprobó
que existen dos maneras de hacerlo, una que, según el
procedimiento que se utilice, puede mejorarse
substancialmente la resistencia al desgaste mecánico o puede
incrementarse la adhesión y la resistencia al ataque
químico.
Los materiales con memoria
de forma
(véase Ciencia
Hoy, 12:24-33) han
hecho posible un novedoso enfoque del tratamiento quirúrgico
del aneurisma de la aorta abdominal, un problema serio
originado en una alteración de la pared del vaso sanguíneo
que causa su dilatación y afecta, a menudo, a pacientes
ancianos, a los que pone en peligro de sufrir una hemorragia
y muerte repentina. El tratamiento tradicional consiste en
la sutura de un implante de dacrón en la arteria, en una
operación abdominal convencional. Recientemente se ha
ensayado insertar el implante y la grampa que lo fija a
través de la arteria femoral, a la que se accede a la altura
de la ingle. Si bien simplifica considerablemente la
operación, este procedimiento no siempre es viable, ya que
el paso puede ser demasiado estrecho para la grampa
metálica, que tiene forma helicoidal.
Una solución ingeniosa es que
la grampa sea de una aleación con memoria de forma
(usualmente nitinol, por su virtualmente nula reactividad
química con el medio fisiológico), la cual, a temperatura
ambiente, es un alambre fino, que puede insertarse sin
dificultad por la arteria y, a la temperatura del cuerpo,
recupera la forma helicoidal que se le impuso previamente y
que le permite anclar convenientemente el implante. Los
exitosos ensayos hechos usando aortas porcinas parecen
indicar que el procedimiento, mínimamente invasor en
comparación con la solución quirúrgica tradicional, podría
ser aplicable a seres humanos dentro de no mucho tiempo.
Los avances en el estudio de
los efectos de la aplicación de campos
electromagnéticos cubren una gama amplísima de fenómenos.
Hay consenso acerca de la complejidad de tales mecanismos e
interés por delimitar y comprender cada una de sus etapas.
Ciertos trabajos experimentales muestran la posibilidad de
modificar procesos celulares por aplicación selectiva de
campos eléctricos o magnéticos de determinada intensidad y
frecuencia; se los ha empleado para acelerar la regeneración
de tejidos o para obtener la destrucción selectiva de
células cancerosas, pero se carece de una visión global, que
aclare por qué se producen esos efectos y cuál o cuáles son
los mecanismos físicos, químicos y biológicos que
intervienen.
En la práctica clínica, cada
día aparecen nuevas aplicaciones de campos electromagnéticos
para determinar o medir variables fisiológicas, como las que
hacen funcionar a sensores remotos o permiten el control
fetal y neonatal, pero simultáneamente surgen preguntas
sobre el riesgo que pueden encerrar estas mediciones basadas
en el uso de campos electromagnéticos, debido a sus posibles
efectos fisiológicos. También hay preocupación sobre los
posibles peligros ocupacionales y ambientales de
exposiciones crónicas a dichos campos, un tema del que aún
sabemos muy poco. |
