La investigación y el desarrollo de materiales utilizados en aplicaciones biomédicas, o biomateriales, han experimentado una rápida expansión y diversificación en los últimos 20 años. Desde polímeros sintéticos altamente diseñados hasta metales biodegradables y sustancias de origen natural, sus propiedades únicas pueden emplearse para diversas funciones y aplicaciones en medicina. Recientemente, expertos de CAS, la Universidad de Westlake (China), y Ortholevo, una empresa de terapéutica con sede en Boston, se reunieron en un seminario web el 14 de agosto para destacar las perspectivas sobre la investigación de biomateriales y su innovación en la salud y la medicina. Acceda a la grabación del seminario web aquí para obtener perspectivas tanto académicas como comerciales sobre aplicaciones específicas de biomateriales en la atención sanitaria personalizada, incluyendo la ortopedia, el cuidado de heridas y la ingeniería regenerativa.
Puntos clave del seminario web
La Dra. Qiongqiong Angela Zhou y el Dr. Jiaxing Huang iniciaron el seminario web destacando cómo CAS y la Universidad de Westlake colaboraron para crear un informe exhaustivo sobre el panorama emergente de los biomateriales, ofreciendo al mundo una exploración científica detallada de este campo.
La Dra. Qiongqiong Angela Zhou continuó la discusión describiendo las ocho áreas diferentes de innovación en ciencia de materiales que cubre el informe, incluyendo:
- Materiales antibacterianos
- Materiales basados en lípidos
- Bioenlaces
- Materiales programables
- Materiales basados en proteínas
- Materiales autorreparables
- Materiales bioelectrónicos
- Materiales sostenibles para aplicaciones biomédicas
A continuación, describió cómo los datos para este informe fueron analizados mediante procesamiento de lenguaje natural, guiado por expertos en la materia para agrupar, definir y analizar en profundidad las áreas temáticas finalizadas. Para concluir, abordó visiones generales, panoramas de publicaciones en revistas científicas y patentes, así como los desafíos existentes y las perspectivas futuras tanto para los biomateriales antibacterianos como para la bioelectrónica.
El Dr. Jian Yang comenzó su intervención con una visión general del citrato en la naturaleza, los productos de consumo y el cuerpo humano, además de describir la vía metabólica del citrato en las células de los mamíferos. Dado que el citrato es una molécula esencial en el cuerpo humano y en las células, el Dr. Yang ayudó a desarrollar el primer polímero biodegradable basado en citrato, el poli(octametileno citrato), que ha sido aprobado por la FDA para la fabricación de dispositivos médicos. Compartió numerosas aplicaciones de los biomateriales basados en citrato, como ceras, cementos, placas, tornillos, adhesivos, etc., todos ellos utilizados para ayudar a tratar tejidos conectivos, huesos, piel e incluso la duramadre cerebral. Estas aplicaciones son especialmente útiles para cirugías y para la regeneración o reparación de huesos, órganos y tejidos.
El Dr. Benjamin Cooper, de Ortholevo, concluyó las presentaciones compartiendo su trayectoria con múltiples empresas emergentes de tecnología médica financiadas mediante subvenciones, con énfasis en la traslación de la investigación universitaria de biomateriales a la práctica clínica en ortopedia y cuidado de heridas. Destacó la importancia de la colaboración interdisciplinaria para la investigación y el desarrollo de biomateriales. Posteriormente, compartió su trabajo utilizando biomateriales de biopolímeros y polímeros sintéticos para tratar heridas por quemaduras, el dolor y la progresión de la artrosis, y el hombro congelado (limitación del movimiento).
Para finalizar, los asistentes plantearon numerosas preguntas sobre temas que abarcaron desde la degradabilidad, inmunogenicidad y compatibilidad de los biomateriales hasta las fuentes de financiación para este sector y otros aspectos relacionados.
Preguntas clave del seminario web:
¿Existen células bioelectrónicas disponibles para alimentar dispositivos internos utilizando glucosa y pilas de combustible, de forma similar a como se alimentan nuestros cuerpos/mitocondrias?
Los nanogeneradores, específicamente los nanogeneradores triboeléctricos y piezoeléctricos, son una aplicación importante identificada en el mapa CAS TrendScapeTM de aplicaciones de nanomateriales. Estos dispositivos generan electricidad a partir del movimiento mediante la separación de cargas cuando dos superficies interactúan (tribo) o se deforman (piezo). Su creciente frecuencia en las publicaciones se debe probablemente a su uso en dispositivos portátiles, como sensores e interfaces humano-máquina. Para obtener más información sobre la tendencia de los nanogeneradores y qué tipos de materiales están asociados a ellos, consulte este artículo sobre el mapa mental de la nanotecnología.
El esfuerzo de colaboración entre CAS y la Universidad de Westlake se centra en los biomateriales. ¿Cree que este proceso podría utilizarse para explorar otras áreas de la química?
Efectivamente, el amplio alcance científico de la CAS Content Collection, nuestra experiencia en diversas disciplinas científicas y nuestras sólidas capacidades de análisis de datos nos permiten aplicar esta metodología a muchas otras áreas de investigación. Si existe interés, este método consolidado podría aplicarse a campos como la nanotecnología, la farmacia, la oncología, las proteínas diana, entre otros.
¿Provocan los biomateriales de citrato una respuesta inmunitaria?
Los biomateriales de citrato son polímeros sintéticos que generan cierta respuesta inmunitaria o inflamatoria. Estos biomateriales pueden desencadenar una inflamación aguda, fundamental para iniciar el proceso de curación, pero no una inflamación crónica significativa.
¿Existen aplicaciones de biomateriales en la impresión 3D?
Sí, utilizamos la impresión 3D para dispositivos ortopédicos, como discos de fusión espinal e injertos óseos para la regeneración y reparación de huesos. Actualmente, también trabajamos en la impresión de nuestros biomateriales en conductos nerviosos que, esperamos, ayuden a curar los nervios periféricos del cuerpo. Aunque existen limitaciones, como la escasez de materiales imprimibles, la baja velocidad o la resolución limitada, sigue siendo una herramienta muy potente.
Los recursos de CAS Insights sobre biotintas para impresión 3D incluyen:
¿Qué líquidos o productos químicos se utilizan para la disolución del hidrogel aplicado en la herida?
Existen varias químicas que pueden lograrlo. La que más hemos publicado y estudiado es un compuesto de tiol, un derivado de la cisteína, el éster metílico de cisteína, en el que el grupo tiol no intercambia con la química presente. Existe una gran capacidad para ajustar con precisión qué tipo de tiol utilizar para obtener la tasa de disolución necesaria.
¿Existe interés por parte de fuentes de financiación como el capital riesgo en el ámbito de los biomateriales?
Sí, sigue habiendo un gran apoyo mediante subvenciones para la investigación en biomateriales. Desde la perspectiva del capital riesgo, a menudo todo gira en torno a un biomaterial combinado con otra tecnología terapéutica, como la terapia génica, la terapia celular u otras terapias avanzadas. Se requiere la colaboración interdisciplinar de científicos especializados en biomateriales y otros desarrolladores de productos para crear algo realmente único, con una propuesta de valor sólida y atractivo para la inversión.
Más información
Descargue nuestro completo informe de CAS Insights sobre biomateriales para conocer las tendencias clave que definen la investigación en este campo, analizando los diversos materiales en estudio y sus posibles aplicaciones. Consulte la grabación y las diapositivas del seminario web aquí.
