Determinación de sustancias potencialmente biodisponibles

Además de los componentes principales, la mayoría de los biomateriales contienen componentes minoritarios e impurezas que pueden migrar al medio biológico e inducir una respuesta tisular aun cuando el componente principal sea estable. A este grupo de sustancias se les denomina migrables, extraíbles o lixiviables.

Por otra parte, es ampliamente conocido que, como resultado de los cambios intencionados o no intencionados que ocurren en un material se pueden generar productos de degradación en forma de partículas y ocurrir modificaciones de su estabilidad superficial. Estos cambios pueden suceder durante la fabricación, esterilización, implantación y almacenamiento del dispositivo médico.

También existen biomateriales que están diseñados para degradarse en una aplicación médica determinada. Además, la liberación de sustancias de la superficie del material puede inducir varios procesos, por ejemplo: reacciones químicas, migración, depolimerización, etc. De igual forma, cuando los biomateriales/dispositivos son sistemas multicomponentes, pueden tener lugar otros procesos, como son: la ruptura de las estructuras, delaminación y migración de substancias de un componente a otro.

Se entiende por biodegradación la alteración sufrida por el biomaterial que afecta su integridad o su comportamiento, cuando se expone a un medio fisiológico o simulado. Bioresorción es el proceso mediante el cual los

62 materiales se degradan en el medio fisiológico y los subproductos se eliminan o se bioabsorben completamente. Este es el caso de los polímeros y las cerámicas reabsorbibles, que son diseñados deliberadamente para ser transformados in vivo a subproductos no dañinos que son después eliminados por el organismo.

Por ser las sustancias extraíbles y los productos de degradación potencialmente biodisponibles bajo las condiciones de uso del biomaterial, es necesario realizar ensayos in vitro de extracción y/o degradación para su identificación y cuantificación y, de esta forma, estimar el riesgo que ellas provocan. El nivel de tolerancia por el organismo de los productos de degradación depende de su naturaleza y concentración. Los estudios de degradación y toxicocinéticos in vivo son realizados solamente después de la obtención de resultados adecuados en los estudios in vitro. Para los productos de degradación conocidos y clínicamente aceptados no se necesitan otras investigaciones. Las normas ISO 10993-9, ISO 10993-13, ISO 10993-14 e ISO 10993-15 establecen los fundamentos y métodos para los ensayos de degradación de los biomateriales.

Los estudios de extracción y los de degradación se diferencian entre sí en que, si bien los primeros se realizan en aquellos disolventes que garantizan la mejor extracción de los componentes lixiviables del material, los estudios de degradación se efectúan, por lo general, en medios que simulan a los fluidos biológicos. En ambos casos se analizan cuali y cuantitativamente los extractos obtenidos y, además, en los estudios de degradación es de gran importancia el análisis del material antes y después de su exposición a las soluciones de ensayo. Por otra parte, en los ensayos de degradación los materiales pueden ser sometidos a esfuerzos mecánicos externos que simulen las condiciones de uso del dispositivo en cuestión. Los ensayos de biodegradación pueden realizarse tanto en tiempo real como acelerados, por ejemplo, aumentando la temperatura. Otro aspecto de gran importancia es el análisis de la variación de las propiedades mecánicas de los dispositivos en los ensayos de degradación in vitro.

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5.4.1 Análisis de los extractos

El análisis de los extractos da información cuali y cuantitativa de las sustancias migrables y/o los productos de degradación.

En el caso de los polímeros la selección de los análisis químicos debe basarse en las fracciones migrables conocidas y todos los posibles modos de degradación para el polímero específico que se está evaluando. Puede incluir el análisis de los aditivos, como plastificantes y antioxidantes, monómeros y otras estructuras de bajo peso molecular, fragmentos poliméricos, etc.

Para el análisis de los extractos acuosos en los ensayos de disolución/degradación de los materiales cerámicos, por lo general se utilizan los métodos de análisis de la calidad del agua conocidos y normados internacionalmente. Estos métodos incluyen las determinaciones de calcio y magnesio, fluoruros, cadmio, arsénico, metales pesado, boratos, aluminio, etc., en dependencia del tipo de cerámica de que se trate.

Para el estudio de la degradación de los metales y las aleaciones se utilizan los ensayos de corrosión por inmersión y los de polarización potenciostática (ensayos electroquímicos). En los extractos se realizan las determinaciones analíticas de los iones metálicos disueltos. La cantidad y el tipo de iones que pasan al electrolito dependen de los factores siguientes: pH, temperatura, tiempo, condiciones hidrodinámicas, concentración de oxígeno disuelto en el electrolito, etc. Los métodos a utilizar para determinar la concentración de los iones son los clásicos establecidos en Química Analítica y también existen algunos métodos estandarizados internacionalmente.

Las técnicas para los análisis de los extractos en los ensayos con materiales compuestos se adecuan en base a los componentes mayoritarios presentes en el mismo, ya sean poliméricos, cerámicos o metálicos, y en dependencia de los mecanismos estimados de disolución/degradación.

5.4.2 Análisis del material

La caracterización de los materiales antes y después de la exposición a las soluciones de ensayo da una información importante sobre los mecanismos y los productos de degradación.

64 ensayos de disolución/degradación se miden los parámetros siguientes:

 Balance Másico: Se miden los cambios en la masa de la muestra seca hasta peso constante antes y después del ensayo.

 Variación del peso molecular: Puede determinarse mediante mediciones viscosimétricas o por GPC, tratando de utilizar el mismo disolvente en ambas mediciones.

 Propiedades térmicas: Cambios en la Tg y la Tf.

 Cambios en la estructura química (según las técnicas ya descritas).

 Cambios superficiales y en la masa del material: Se observan por microscopía electrónica y otras técnicas de análisis superficial. Los cambios en la masa interna del material se estudian en la superficie de fractura.

En las cerámicas se analizan los aspectos siguientes:

 Balance Másico.

 Productos reprecipitados en la superficie por rayos X, IR, microscopía óptica y electrónica, etc.

 Propiedades mecánicas.

En el caso de los materiales compuestos se analizan:

 Balance Másico.

 Propiedades mecánicas.

 Análisis químicos (a los componentes por separado).

 Cambios superficiales, en la masa del material y en la interfase relleno/matriz para determinar la calidad de la adherencia.

En ocasiones se realizan estudios de erosión del composite y las partículas obtenidas se analizan desde el punto de vista de su tamaño y su composición. En todos los casos se analizan las propiedades importantes de mantener sin variación apreciable en las condiciones de uso. Para citar un ejemplo la estabilidad, del color en los materiales compuestos dentales.

La mayoría de los metales y aleaciones utilizados en los dispositivos médicos tiene una composición y estructura compleja, por lo que el estudio detallado de estos materiales implica métodos largos y costosos de investigación dificultándose el control rápido de los mismos. En este caso las muestras se examinan antes del ensayo por microscopía óptica para visualizar las

65 heterogeneidades (poros, fosas, fronteras entre granos, precipitados, etc.). La microscopía electrónica da información sobre la rugosidad, el pulido, las rozaduras y rajaduras, las impurezas y precipitados. Después del ensayo se vuelven a observar las muestras con las mismas técnicas para determinar los efectos ocurridos. Se determinan los productos de la corrosión como los óxidos, cloruros, hidróxidos, etc.