POLÍMEROS Y SU USO EN LA POLÍMEROS Y SU USO EN LA MEDICINAMEDICINA

POLÍMEROS (ideas generales)POLÍMEROS (ideas generales)¿Qué son los polímeros?.¿Qué son los polímeros?.

Son macromoléculas (generalmente Son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas moléculas más pequeñas llamadas monómeros.monómeros.El poliestireno es un polímero formado a partir de la unidad repetitiva estireno El poliestireno es un polímero formado a partir de la unidad repetitiva estireno

CaracterísticasCaracterísticas Están compuestos por Están compuestos por

largas cadenas de largas cadenas de moléculas de varias moléculas de varias unidades químicas unidades químicas idénticas o muy similares.idénticas o muy similares.

Presentan elasticidad, Presentan elasticidad, resistencia y viscosidad resistencia y viscosidad debido a su gran longitud y debido a su gran longitud y a su elevado peso a su elevado peso molecular.molecular.

PolimerizaciónPolimerización

Es la reacción por la Es la reacción por la cual se sintetiza uncual se sintetiza un polímero a partir de polímero a partir de sus monómeros.sus monómeros. Las moléculas de polímeros se genera porLas moléculas de polímeros se genera por reacción entre dos grupos funcionalesreacción entre dos grupos funcionales complementarios. Estas dos funcionescomplementarios. Estas dos funciones pueden encontrarse en una mismapueden encontrarse en una misma molécula o en dos moléculas distintasmolécula o en dos moléculas distintas

Polimerización del Polimerización del estirenoestireno para dar para dar poliestirenopoliestirenonn indica el indica el grado de polimerizacióngrado de polimerización

Origen de los polímerosOrigen de los polímeros

1828 el químico y médico alemán 1828 el químico y médico alemán Friedrich Wöhler sintetizara urea Friedrich Wöhler sintetizara urea a partir de compuestos a partir de compuestos inorgánicosinorgánicos..

18391839 el técnico norteamericano Charles el técnico norteamericano Charles Goodyear transformó el caucho de la hevea en Goodyear transformó el caucho de la hevea en caucho vulcanizadocaucho vulcanizado..

1846 el químico alemán Christian Friedrich 1846 el químico alemán Christian Friedrich Schönbein combinó celulosa con ácido nítricoSchönbein combinó celulosa con ácido nítrico

Clasificación de los polímerosClasificación de los polímeros Según el origenSegún el origen

Polímeros naturales: Se pueden presentar en la Polímeros naturales: Se pueden presentar en la naturaleza , por ejemplo: la celulosa, las naturaleza , por ejemplo: la celulosa, las proteínas, el caucho natural.proteínas, el caucho natural.

Polímeros semisintéticos: Obtenidos por la transformación Polímeros semisintéticos: Obtenidos por la transformación química de los polímeros naturales sin que se destruya de química de los polímeros naturales sin que se destruya de

modo apreciable su naturaleza macromolecularmodo apreciable su naturaleza macromolecular..

Polímeros sintéticos: Se obtienen por vía Polímeros sintéticos: Se obtienen por vía puramente sintética a partir de sustancia puramente sintética a partir de sustancia de muy bajo peso molecular, ejemplo: de muy bajo peso molecular, ejemplo: poliestireno, el policloruro de vinilo( PVC).poliestireno, el policloruro de vinilo( PVC).

PoliestirenoPoliestireno

PolicloruroPolicloruro

Según las reacciones de formaciónSegún las reacciones de formación

Polímeros de adición: Sus Polímeros de adición: Sus macromoléculas están formadas por la macromoléculas están formadas por la unión de moléculas no saturadas como unión de moléculas no saturadas como por ejemplo el polietileno.por ejemplo el polietileno.

Polímeros de condensación: La reacción Polímeros de condensación: La reacción implica a cada paso la formación de una implica a cada paso la formación de una molécula de bajo peso molecular como molécula de bajo peso molecular como por ejemplo el agua, las proteínas y el por ejemplo el agua, las proteínas y el aire.aire.

Polímeros poliaductos:Aquelos cuyo Polímeros poliaductos:Aquelos cuyo enlace de sus macromoléculas son enlace de sus macromoléculas son multifuncionales sin separación de multifuncionales sin separación de moléculas sencillas. Ejemplo: moléculas sencillas. Ejemplo: poliuretanos y resinas. poliuretanos y resinas.

Según la estructura molecular:Según la estructura molecular:

Polímeros lineales:Polímeros lineales:

Es una molécula polimérica en la cual los Es una molécula polimérica en la cual los átomos se arreglan mas o menos en una átomos se arreglan mas o menos en una larga cadena llamada cadena principal, larga cadena llamada cadena principal, por lo general algunos de estos átomos por lo general algunos de estos átomos de la cadena están enlazados a su vez, a de la cadena están enlazados a su vez, a pequeñas cadenas de átomos llamadas pequeñas cadenas de átomos llamadas grupos pendientes grupos pendientes

Polímeros Polímeros ramificadosramificados: : Llamados Llamados polímeros no polímeros no lineales. lineales. Existen algunas Existen algunas cadenas unidas cadenas unidas a la cadena a la cadena principal cuya principal cuya longitud es longitud es comparable comparable con la de ésta.con la de ésta.

Polímeros peine: Constituyen un caso Polímeros peine: Constituyen un caso intermedio entre polímeros lineales y intermedio entre polímeros lineales y ramificados, contienen ramas de ramificados, contienen ramas de similar longitud. Por lo general similar longitud. Por lo general cuelgan ramas de cada UCR.cuelgan ramas de cada UCR.

Polímeros entrecruzados: Son Polímeros entrecruzados: Son polímeros ramificados en lo que las polímeros ramificados en lo que las ramas entrelazan a las cadenas unas ramas entrelazan a las cadenas unas con otras de manera que todo el con otras de manera que todo el conjunto puede concebirse como una conjunto puede concebirse como una sola macromolécula de tamaño sola macromolécula de tamaño limitadolimitado

Según sus propiedades físicas:Según sus propiedades físicas:

Elastómeros: Materiales con muy bajo Elastómeros: Materiales con muy bajo módulo de elasticidad y alta módulo de elasticidad y alta extensibilidad, es decir se deforman extensibilidad, es decir se deforman mucho al someterlos a un esfuerzo mucho al someterlos a un esfuerzo pero recuperan su forma inicial al pero recuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo. Tiene una eliminar el esfuerzo. Tiene una propiedad denominada propiedad denominada resilienciaresiliencia..

Termoestables: Se descomponen Termoestables: Se descomponen químicamente al calentarlo. Este químicamente al calentarlo. Este comportamiento se debe a una comportamiento se debe a una estructura con muchos entrecruzamiento estructura con muchos entrecruzamiento que impide los desplazamientos de las que impide los desplazamientos de las moléculas.moléculas.

Termoplásticos: Fluyen al calentarlos y se Termoplásticos: Fluyen al calentarlos y se vuelven a endurecer al enfriar. Su vuelven a endurecer al enfriar. Su estructura molecular presenta pocos estructura molecular presenta pocos entrecruzamientos.entrecruzamientos.

Según su uso:Según su uso:

Plásticos de uso general: Son de uso Plásticos de uso general: Son de uso cotidiano, son económicas y de consumo cotidiano, son económicas y de consumo masivo como el PVC, poliacrilatos y masivo como el PVC, poliacrilatos y metacrilatos, resinas epoxi, etc.metacrilatos, resinas epoxi, etc.

Polímeros técnicos e ingeniería: Polímeros técnicos e ingeniería: Preservan sus propiedades por debajo de Preservan sus propiedades por debajo de 0 C y por encima de 100 C como 0 C y por encima de 100 C como policarbonatos, poliamidas, policarbonatos, poliamidas, polisulfonas,etc.polisulfonas,etc.

Plásticos especiales: Destinados a Plásticos especiales: Destinados a aplicaciones mas específicas. aplicaciones mas específicas. Actualmente se están realizando los Actualmente se están realizando los avances mas sobresalientes: avances mas sobresalientes: Polímeros fluorados como el teflón, Polímeros fluorados como el teflón, cristales líquidos empleados en las cristales líquidos empleados en las pantallas planas, polímeros pantallas planas, polímeros electroactivos, fotosensibles, electroactivos, fotosensibles, biopolímeros empleados en cirujía y biopolímeros empleados en cirujía y en prótesis.en prótesis.

Polímeros y personasPolímeros y personas

La piel artificial desarrollada en el laboratorio en estructuras formadas por largas cadenas de moléculas denominadas polímeros puede curar las heridas de pacientes con úlceras provocadas por la falta de riego sanguíneo. (células hepáticas en un armazón de polímeros)

Con el tamaño de una moneda de diez centavos, las láminas de polímeros biodegradables pueden implantarse tras la intervención quirúrgica del cerebro para administrar fármacos contra el cáncer a una velocidad controlada.

Un microscopio electrónico de barrido revela el crecimiento de células en fibras de polímeros largas, el primer paso en la creación de tejidos artificiales.

Existen numerosos polímeros usados en el campoExisten numerosos polímeros usados en el campo

biomédico. Algunos son estables, y son utilizados biomédico. Algunos son estables, y son utilizados para aplicaciones permanentes, como el para aplicaciones permanentes, como el polimetilmetacrilato (PMMA), o el polietileno (PE). polimetilmetacrilato (PMMA), o el polietileno (PE). En los años 60 fue introducido el concepto de En los años 60 fue introducido el concepto de material bioabsorbible. Estos materiales tienen la material bioabsorbible. Estos materiales tienen la capacidad de ser compatibles con el tejido y de capacidad de ser compatibles con el tejido y de degradarse cierto tiempo después de ser degradarse cierto tiempo después de ser implantados dando lugar a productos que no son implantados dando lugar a productos que no son tóxicos y pueden ser eliminados por el organismo tóxicos y pueden ser eliminados por el organismo o metabolizados por éste. Generalmente, este o metabolizados por éste. Generalmente, este grupo está representado por los polímeros grupo está representado por los polímeros biodegradables.biodegradables.

Polímeros biodegradablesPolímeros biodegradables

Existen algunas características que deben Existen algunas características que deben presentar los materiales biodegradables para presentar los materiales biodegradables para poder ser utilizados como implantes en el poder ser utilizados como implantes en el organismo humano, por ejemplo, los materiales y organismo humano, por ejemplo, los materiales y sus sub-productos no deben ser mutagénicos, sus sub-productos no deben ser mutagénicos, carcinogénicos, antigénicos, tóxicos y, lógicamente carcinogénicos, antigénicos, tóxicos y, lógicamente deben ser antisépticos, esterilizables, compatibles deben ser antisépticos, esterilizables, compatibles con el tejido receptor, de fácil procesado y capaz con el tejido receptor, de fácil procesado y capaz de conformarse en distintas formas entre otros de conformarse en distintas formas entre otros requisitos. Hoy en día, una gran parte de la requisitos. Hoy en día, una gran parte de la investigación en el área de los polímeros para investigación en el área de los polímeros para aplicaciones biomédicas se encuentra dirigida aplicaciones biomédicas se encuentra dirigida

sobretodo al desarrollo de polímeros sintéticossobretodo al desarrollo de polímeros sintéticos

Polímeros biodegradables más Polímeros biodegradables más utilizados en la actualidadutilizados en la actualidad

PoliésteresPoliésteres

a) a) Ácido poliláctico (PLA)Ácido poliláctico (PLA) : :Ampliamente Ampliamente estudiado en las suturas estudiado en las suturas biodegradables y en implantes para biodegradables y en implantes para la fijación de fracturas y en la la fijación de fracturas y en la elaboración de dispositivos elaboración de dispositivos vasculares. vasculares.

BiocompatibilidadBiocompatibilidad

Esquema de degradación del ácido Esquema de degradación del ácido poliláctico enpoliláctico en

el organismoel organismo

AplicacionesAplicaciones Es actualmente utilizado Es actualmente utilizado

en clavos para la unión en clavos para la unión de ligamentos y de ligamentos y reparación de meniscos, reparación de meniscos, suturas, tornillos y clavos suturas, tornillos y clavos para la fijación de para la fijación de fracturas y cirugía fracturas y cirugía maxilofacial, liberación maxilofacial, liberación de fármacos y stents de fármacos y stents para cirugía para cirugía cardiovascular e cardiovascular e Ingeniería de Tejidos.Ingeniería de Tejidos.

b) b) Poli (ácido glicólico) (PGA)Poli (ácido glicólico) (PGA)

Es el poliéster alifático lineal más simpleEs el poliéster alifático lineal más simple que es empleado como mecanismo de que es empleado como mecanismo de fijación ósea (clavos óseos). Al igual que fijación ósea (clavos óseos). Al igual que el ácido poliláctico se degrada en el el ácido poliláctico se degrada en el organismo dando una sustancia no organismo dando una sustancia no tóxica. tóxica.

c) Copolímeros de ácido láctico y c) Copolímeros de ácido láctico y glicólico glicólico

(PLGA).(PLGA).

Se han usado para la liberación deSe han usado para la liberación de

esteroides, agente esteroides, agente anticancerígenos,anticancerígenos,

péptidos, proteínas, antibióticos, péptidos, proteínas, antibióticos,

anestésicos y vacunas.anestésicos y vacunas.

Microesferas de PLGA y (b) degradación Microesferas de PLGA y (b) degradación de una micropartículade una micropartícula

d) d) PolicaprolactonasPolicaprolactonas

Polímero semicristalino con un Polímero semicristalino con un punto de ebullición comprendido punto de ebullición comprendido entre 59 y 64ºC y una temperatura entre 59 y 64ºC y una temperatura de transición vítrea de –60ºC. Se de transición vítrea de –60ºC. Se comporta como un material comporta como un material biocompatible y se utiliza como biocompatible y se utiliza como sutura biodegradable.sutura biodegradable. Se ha Se ha demostrado que el polímero no es tóxico, demostrado que el polímero no es tóxico, excepto por una pequeña irritación en el excepto por una pequeña irritación en el lugar del implante.lugar del implante.

e) Poli (hidroxialcanoatos) (PHAs)e) Poli (hidroxialcanoatos) (PHAs)

Producidos por una amplia variedad Producidos por una amplia variedad de bacterias. Son biopolímeros de bacterias. Son biopolímeros termoplásticos. Dependiendo de la termoplásticos. Dependiendo de la cadena alifática lateral y de las cadena alifática lateral y de las composiciones de las formulaciones, composiciones de las formulaciones, se obtienen diferentes materiales: se obtienen diferentes materiales: desde polímeros rígidos, con buenas desde polímeros rígidos, con buenas propiedades de impacto hasta propiedades de impacto hasta tenaces elastómeros.tenaces elastómeros.

F) PolidioxanonaF) Polidioxanona

Utilizado en suturas que se requiera de Utilizado en suturas que se requiera de una alta flexibilidad para la preparación una alta flexibilidad para la preparación de monofilamentos para la microcirugía y de monofilamentos para la microcirugía y cirugía oftálmica.cirugía oftálmica.

G) G) Poli (gliconato)Poli (gliconato)

El poli(gliconato) es un copolímero El poli(gliconato) es un copolímero de glicólico con trimetilcarbonato de glicólico con trimetilcarbonato (TMC), y ha sido preparado tanto (TMC), y ha sido preparado tanto para suturas como para grapas y para suturas como para grapas y tornillos.tornillos.

PoliesteramidasPoliesteramidas

Son polímeros que contienen Son polímeros que contienen enlaces tipo éster (COO-) y enlaces enlaces tipo éster (COO-) y enlaces tipo amida (-CONH-) en la cadena tipo amida (-CONH-) en la cadena principal.principal.

Las poliesteramidas pueden englobarse Las poliesteramidas pueden englobarse en diferentes familias de la siguiente en diferentes familias de la siguiente forma:forma:

1.1.PolidepsipéptidosPolidepsipéptidos. Son . Son poliesteramidas constituidas por α-poliesteramidas constituidas por α-aminoácidos y α-hidroxiácidos.aminoácidos y α-hidroxiácidos.

2.2.Poliesteramidas basadas en Poliesteramidas basadas en monómeros de nilones y poliésteres monómeros de nilones y poliésteres comercialescomerciales. La síntesis y . La síntesis y caracterización de copolímeros caracterización de copolímeros estadísticos constituidos por los estadísticos constituidos por los monómeros del nylon 6 o del nylon 66.monómeros del nylon 6 o del nylon 66.

Los polifosfacenos son unos Los polifosfacenos son unos polímeros que tienen en su polímeros que tienen en su esqueleto un grupo N=P, el cual esqueleto un grupo N=P, el cual puede ser hidrolizado a fosfato y puede ser hidrolizado a fosfato y amoniaco, que pueden ser amoniaco, que pueden ser eliminados fácilmente del organismo eliminados fácilmente del organismo (el fosfato se metabiliza y el (el fosfato se metabiliza y el amoniaco es excretado). Por esta amoniaco es excretado). Por esta razón se están ensayando mucho razón se están ensayando mucho dispositivos a base de este polímero, dispositivos a base de este polímero, ya que es un excelente candidato ya que es un excelente candidato como material bioestructural como material bioestructural erosionable.erosionable.

PolianhídridosPolianhídridos

Este tipo de polímeros se degrada en días si son de Este tipo de polímeros se degrada en días si son de estructura lineal (alifáticos) y en años si es de estructura lineal (alifáticos) y en años si es de estructura cíclica, por lo que una combinación de estructura cíclica, por lo que una combinación de ambos tiene una duración intermedia. Presenta una ambos tiene una duración intermedia. Presenta una alta compactibilidad con el organismo, pero sus alta compactibilidad con el organismo, pero sus propiedades mecánicas son muy pobres como para ser propiedades mecánicas son muy pobres como para ser aplicado en usos ortopédicos, y por ello se dirige más al aplicado en usos ortopédicos, y por ello se dirige más al área de dosificación controlada de fármacos.área de dosificación controlada de fármacos.

El uso de polímeros naturales sigue siendo El uso de polímeros naturales sigue siendo un importante área de investigación, a un importante área de investigación, a

pesar del gran desarrollo producido durante pesar del gran desarrollo producido durante los últimos años en el campo de los los últimos años en el campo de los

polímeros biocompatibles y biodegradables polímeros biocompatibles y biodegradables de origen sintético. La ventaja de los de origen sintético. La ventaja de los

polímeros de origen natural es que son más polímeros de origen natural es que son más biocompatibles, se obtienen fácilmente y no biocompatibles, se obtienen fácilmente y no

son demasiados caros, además son son demasiados caros, además son fácilmente modificables químicamente. fácilmente modificables químicamente.

Polímeros naturalesPolímeros naturales

Almidon gelatima celulosaAlmidon gelatima celulosa

BiopolímerosBiopolímeros

Se define Se define biomaterial biomaterial como como cualquier sustancia o cualquier sustancia o combinación de combinación de sustancias, de origen sustancias, de origen natural o sintético, natural o sintético, diseñadas  para diseñadas  para actuar actuar interfacialmente con interfacialmente con sistemas biológicos sistemas biológicos con el fin de evaluar, con el fin de evaluar, tratar, aumentar o tratar, aumentar o sustituir algún tejido, sustituir algún tejido, órgano o función del órgano o función del organismo humano organismo humano

ClasificaciónClasificación

NaturalesNaturales: son materiales : son materiales complejos, heterogéneos . Ejemplos: complejos, heterogéneos . Ejemplos: el colágeno purificado, fibras el colágeno purificado, fibras proteicas (seda, lana ...), etc.proteicas (seda, lana ...), etc.

SintéticosSintéticos: Los biomateriales : Los biomateriales sintéticos pueden ser metales, sintéticos pueden ser metales, cerámicas o polímeroscerámicas o polímeros

En el caso particular de los En el caso particular de los biomateriales biomateriales poliméricospoliméricos, se puede hacer una , se puede hacer una clasificación según el tiempo que deben clasificación según el tiempo que deben mantener su funcionalidad cuando se mantener su funcionalidad cuando se aplican como  implantes quirúrgicos.aplican como  implantes quirúrgicos.

En el En el primer grupoprimer grupo se incluyen todos se incluyen todos aquellos implantes de carácter aquellos implantes de carácter permanente, como son los sistemas o permanente, como son los sistemas o dispositivos utilizados para sustituir parcial dispositivos utilizados para sustituir parcial o totalmente a tejidos u órganos destruidos o totalmente a tejidos u órganos destruidos como consecuencia de una enfermedad o como consecuencia de una enfermedad o trauma. trauma.

En el En el segundo gruposegundo grupo, se incluyen , se incluyen los biomateriales degradables de los biomateriales degradables de aplicación temporal, es decir, aplicación temporal, es decir, aquellos que deben mantener una aquellos que deben mantener una funcionalidad adecuada durante un funcionalidad adecuada durante un periodo de tiempo limitado, ya que periodo de tiempo limitado, ya que el organismo humano puede el organismo humano puede desarrollar mecanismos de desarrollar mecanismos de curación y regeneración tisular curación y regeneración tisular para reparar la zona o el tejido para reparar la zona o el tejido afectado. afectado. 

Aplicaciones biomédicasAplicaciones biomédicasEquipos e Equipos e instrumentos instrumentos quirúrgicos:quirúrgicos:

Se refiere a los Se refiere a los materiales con los materiales con los que se elaboran que se elaboran inyectadoras, inyectadoras, bolsas para suero o bolsas para suero o sangre, mangueras sangre, mangueras o tubos flexibles, o tubos flexibles, adhesivos, pinzas, adhesivos, pinzas, cintas elásticas, cintas elásticas, hilos de sutura, hilos de sutura, vendas, etc. vendas, etc.

Aplicaciones permanentes Aplicaciones permanentes dentro del organismodentro del organismo

Los materiales utilizados en estas Los materiales utilizados en estas aplicaciones deben ser materiales aplicaciones deben ser materiales diseñados para mantener sus diseñados para mantener sus propiedades en largos períodos de propiedades en largos períodos de tiempo, por lo que se necesita que tiempo, por lo que se necesita que sean inertes, y debido a que su sean inertes, y debido a que su aplicación es dentro del organismo, aplicación es dentro del organismo, deben ser biocompatibles, atóxicos deben ser biocompatibles, atóxicos para disminuir el posible rechazo.para disminuir el posible rechazo.

Las aplicaciones más Las aplicaciones más importantes son las importantes son las prótesis o implantes prótesis o implantes ortopédicosortopédicos, , elementos de fijación elementos de fijación como cementos óseos, como cementos óseos, membranas y membranas y componentes de componentes de órganos artificiales, órganos artificiales, entre otros. Entre los entre otros. Entre los materiales más materiales más utilizados se utilizados se encuentran: polímeros encuentran: polímeros fluorados como el teflón, fluorados como el teflón, poliamidas, poliamidas, elastómeros, siliconas, elastómeros, siliconas, poliésteres, poliésteres, policarbonatos, etc. policarbonatos, etc.

Ingeniería inyectable de tejidos:Ingeniería inyectable de tejidos:

Para sustituir a los tradicionales Para sustituir a los tradicionales transplantes de órganos, se está a transplantes de órganos, se está a punto de aplicar un método por el punto de aplicar un método por el que se inyecta articulaciones con que se inyecta articulaciones con mezclas diseñadas de polímeros, mezclas diseñadas de polímeros, células y estimuladores de células y estimuladores de crecimiento que solidifiquen y crecimiento que solidifiquen y formen tejidos sanos. formen tejidos sanos.