Biocompatibilidad del nitinol

La biocompatibilidad del nitinol es un factor importante en las aplicaciones biomédicas. El nitinol (NiTi), formado por la aleación de níquel y titanio (~50% Ni), es una aleación con memoria de forma y propiedades superelásticas más similares a las del hueso, en comparación con el acero inoxidable , otro biomaterial de uso común . Entre las aplicaciones biomédicas que utilizan nitinol se incluyen stents , instrumental para válvulas cardíacas, anclajes óseos, grapas, dispositivos para defectos septales e implantes. Es un biomaterial de uso frecuente, especialmente en el desarrollo de la tecnología de stents.

Los implantes metálicos que contienen una combinación de metales biocompatibles o que se utilizan junto con otros biomateriales suelen considerarse el estándar para muchos tipos de implantes. La pasivación es un proceso que elimina los elementos corrosivos del implante de la interfaz implante-cuerpo y crea una capa de óxido en la superficie del implante. Este proceso es importante para aumentar la biocompatibilidad de los biomateriales.

Cuando se introducen materiales en el cuerpo, es importante no solo que el material no dañe el cuerpo, sino también que el entorno del cuerpo no dañe el implante. ^{[ 1 ]} Un método que previene los efectos negativos resultantes de esta interacción se llama pasivación .

En general, la pasivación se considera un proceso que crea una capa no reactiva en la superficie de los materiales, protegiéndolos así de los daños ambientales. La pasivación puede lograrse mediante diversos mecanismos. Las capas pasivas pueden formarse mediante el ensamblaje de monocapas a través del injerto de polímeros. Con frecuencia, para la protección contra la corrosión, las capas pasivas se crean mediante la formación de capas de óxido o nitruro en la superficie.

Las técnicas de pasivación superficial pueden aumentar considerablemente la resistencia a la corrosión del nitinol. Para que el nitinol posea las propiedades superelásticas y de memoria de forma deseadas, se requiere un tratamiento térmico. Tras este tratamiento, la capa de óxido superficial contiene una mayor concentración de níquel en forma de NiO₂ _y NiO. Este aumento de níquel se ha atribuido a la difusión de níquel desde el interior del material hacia la capa superficial durante los tratamientos a altas temperaturas. Los métodos de caracterización superficial han demostrado que algunos tratamientos de pasivación superficial disminuyen la concentración de NiO₂ _y NiO en la capa superficial, dejando una mayor concentración del TiO₂, más estable, _que en el nitinol crudo tratado térmicamente. ^{[ 6 ]}

La disminución de la concentración de níquel en la capa superficial del nitinol se correlaciona con una mayor resistencia a la corrosión. Una prueba potenciodinámica se emplea comúnmente para medir la resistencia a la corrosión de un material. Esta prueba determina el potencial eléctrico al cual un material comienza a corroerse. La medición se denomina potencial de picadura o potencial de ruptura. Después de la pasivación en una solución de ácido nítrico, los componentes del stent de nitinol mostraron potenciales de ruptura significativamente más altos que aquellos que no fueron pasivados. ^{[ 6 ]} De hecho, existen muchos tratamientos superficiales que pueden mejorar considerablemente los potenciales de ruptura del nitinol. Estos tratamientos incluyen pulido mecánico, electropulido y tratamientos químicos como la inmersión en óxido nítrico, el grabado de la capa de óxido superficial cruda y el decapado para romper el material masivo cerca de la superficie.

La trombogenicidad , la tendencia de un material a inducir la formación de coágulos, es un factor importante que determina la biocompatibilidad de cualquier biomaterial que entre en contacto con el torrente sanguíneo. Dos proteínas, el fibrinógeno y la albúmina , se adsorben inicialmente a la superficie de un objeto extraño en contacto con la sangre. Se ha sugerido que el fibrinógeno puede causar la activación plaquetaria debido a la degradación de su estructura proteica al interactuar con los límites de grano de alta energía en ciertas superficies. La albúmina, por otro lado, inhibe la activación plaquetaria. Esto implica que existen dos mecanismos que pueden ayudar a reducir la trombogenicidad: una capa superficial amorfa donde no haya interacciones de límite de grano con el fibrinógeno, y una superficie con mayor afinidad por la albúmina que por el fibrinógeno.

Así como la trombogenicidad es importante para determinar la idoneidad de otros biomateriales, también lo es para el nitinol como material para stents. Actualmente, cuando se implantan stents, el paciente recibe terapia antiagregante durante un año o más para prevenir la formación de un coágulo cerca del stent. Idealmente, para cuando finaliza la terapia farmacológica, una capa de células endoteliales , que recubren el interior de los vasos sanguíneos, cubriría la superficie del stent. El stent se integra eficazmente en el tejido circundante y ya no está en contacto directo con la sangre. Se han realizado muchos intentos utilizando tratamientos superficiales para crear stents más biocompatibles y menos trombogénicos, con el fin de reducir la necesidad de una terapia antiplaquetaria intensiva. Las capas superficiales con mayor concentración de níquel provocan menos coagulación debido a la afinidad de la albúmina por el níquel. Esto es opuesto a las características de la capa superficial que aumentan la resistencia a la corrosión. Las pruebas in vitro utilizan indicadores de trombosis, como los niveles de plaquetas, tirosina aminotransferasa y β-TG. Los tratamientos superficiales que han reducido, en cierta medida, la trombogenicidad in vitro son:

• Electropulido
• Chorro de arena
• Recubrimientos de poliuretano
• Recubrimientos de aluminio ^{[ 7 ]}

Otra línea de investigación consiste en la unión de diversos agentes farmacéuticos, como la heparina , a la superficie del stent. Estos stents liberadores de fármacos se muestran prometedores para reducir aún más la trombogenicidad sin comprometer la resistencia a la corrosión.

El nitinol es una aleación importante para su uso en dispositivos médicos, debido a su excepcional biocompatibilidad, especialmente en lo que respecta a la resistencia a la corrosión y la trombogenicidad. La resistencia a la corrosión se mejora mediante métodos que generan una capa uniforme de dióxido de titanio en la superficie, con muy pocos defectos e impurezas. La trombogenicidad disminuye en superficies de nitinol que contienen níquel, por lo que resultan beneficiosos los procesos que retienen óxidos de níquel en la capa superficial. Asimismo, se ha demostrado que el uso de recubrimientos mejora considerablemente la biocompatibilidad.

Dado que los dispositivos implantados entran en contacto con la superficie del material, la ciencia de superficies desempeña un papel fundamental en la investigación orientada a mejorar la biocompatibilidad y en el desarrollo de nuevos biomateriales. El desarrollo y la mejora del nitinol como material de implante, desde la caracterización y el perfeccionamiento de la capa de óxido hasta el desarrollo de recubrimientos, se han basado en gran medida en la ciencia de superficies.

Se están realizando investigaciones para producir recubrimientos mejores y más biocompatibles. Estas investigaciones implican la creación de un recubrimiento muy similar a un material biológico para reducir aún más la reacción a cuerpos extraños. Se están explorando recubrimientos biocompuestos que contienen células o proteínas para su uso con nitinol, así como con muchos otros biomateriales. ^{[ 8 ]}

• La Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) publica en su sitio web Heart Health Online la lista de tecnologías de stents recientemente aprobadas .
• Angioplasty.org contiene información sobre la investigación actual de stents, así como otros temas relacionados con el sistema circulatorio . Incluye:
  • Stents liberadores de fármacos
  • Últimos avances en la tecnología de los stents.
  • Avances en la tecnología de imágenes circulatorias.
• Uso de biocompuestos para aplicaciones médicas:
  • Ortopédico
  • Dental
• La ISO y la FDA establecen estándares para evaluar y determinar la biocompatibilidad. Norma ISO 10993 : "Evaluación biológica de dispositivos médicos".