Biotecnología

Se denomina bioplástico a un tipo de plásticos derivados de productos vegetales, tales como el aceite de soja, el maíz o la fécula de patata, a diferencia de los plásticos convencionales, derivados del petróleo. Los plásticos tradicionales (polietileno, polipropileno, ABS,PET, entre otros) están sintetizados a partir del petróleo por la industria petroquímica. La carestía de este combustible fósil, su carácter de resistencia a la degradación natural y el hecho de que es una fuente que, tarde o temprano, acabará por agotarse, ha llevado a algunas partes de la industria a buscar alternativas. El poliácido láctico, sintetizado a partir del maíz, es una de las más prometedoras.- ....................................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=3e2f5e982ba99c56fcf2f9fd63f59393c284f1d3&writer=rdf2latex&return_to=Biopl%C3%A1stico

Qué son los bioplásticos

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Los bioplásticos, biodegradables y provenientes de fuentes renovables, son una medida de reducción al  problema de los deshechos plásticos contaminantes que ahogan al planeta y contaminan el medio ambiente. ¿Tiene sentido seguir usando embalaje y envoltorios que pueden tardar siglos en desaparecer, para productos que duran días o meses? 

Tortugas marinas mueren por consumir restos de plástico

El plástico es la tercera aplicación del petróleo más usada en el mundo, y al año consumimos 200 millones de toneladas en el planeta. Proviene de fuente no renovable (petróleo), es contaminante y no biodegradable (puede tardar hasta más de 1000 años en descomponerse). 

Por eso, lugares como Bangladesh han prohibido las bolsas de plástico tradicionales (atascaban el alcantarillado provocando inundaciones), África las bautizó como una nueva ‘flor nacional’ al verse diseminadas por el paisaje y Europa se plantea gravarlas. Además, estos residuos son responsables de la muerte de especies marinas y aves que las ingieren (ballenas, tortugas marinas, albatros…), y suponen un problema grave para el medio ambiente, como es el caso del garbage patch (islas de basura).

Aves muertas por comer plástico - Garbage Patch

Alternativa al plástico tradicional

Como alternativa, se está impulsando el uso debioplásticos, que consisten en conseguirpolímeros naturales a partir de residuos agrícolas, celulosa o almidón de patata o maíz.

Son 100% degradables, igual de resistentes y versátiles, y ya se usan en sectores como agricultura, industria textil, medicina y sobre todo en el mercado de embalajes y envases… y el biopolímero se está ya popularizando en ciudades europeas y estadounidenses, por cuestiones ecológicas: se trata de los PHA. Este producto promete suponer el 10% del mercado europeo del plástico dentro de 10 años.

Los PHA 

Son poliesteres producidos mediante fermentación de una materia prima vegetal con ciertas cepas de bacterias. Por ejemplo, los PHA pueden ser utilizados en moldeado por inyección para construir piezas de automóviles y muchas otras aplicaciones. En concreto, de bacterias como Pseudomonas putida se extrae el PHA (polihidroxialcanoato), que en su forma natural es similar al film transparente de cocina, con la diferencia de que es un auténtico bioplástico.

Ventajas del bioplástico

Reducen la huella de carbono. 
Suponen un ahorro energético en la producción. 
No consumen materias primas no renovables. 
Reducen los residuos no biodegradables, que contaminan el medio ambiente.
No contienen aditivos perjudiciales para la salud como ftalatos o bisfenol A. 
No modifican el sabor y el aroma de los alimentos contenidos.

37% de la tierra cultivable para agricultura. La destinada a bioplásticos, es 0,02%.

Uso del bioplástico

Bolsa biodegradable en 60 días. IBC

Se está extendiendo su uso en varios sectores: en medicina (prótesis, hilos de sutura…), en alimentación (productos de catering, envases de usar y tirar…),juguetes, e incluso en el mundo de la moda (Versace cuenta con una línea de ropa, Ingeo, hecha de maíz) y, por supuesto, bolsas biodegradables.

*¿SABÍAS QUÉ...No todos los ‘bioplásticos’ son degradables: sólo deberían ser denominados bioplásticos aquellos que nacen de fuentes biológicas renovables, y además son biodegradables. Nunca derivados del petróleo. Tampoco debieran considerarse como tales aquellos obtenidos mediante organismos transgénicos.

Los biopolímeros son macromoléculas presentes en los seres vivos. Una definición de los mismos los considera materiales poliméricoso macromoleculares sintetizados por los seres vivos. También, a raíz de nuevas disciplinas médicas como la ingeniería de tejidos, como biopolímeros también se incluyen materiales sintéticos con la particularidad de ser biocompatibles con el ser vivo (normalmente con elser humano).- .........................................................................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=26b31d45ba28e031a6e354e487915aeab8c28411&writer=rdf2latex&return_to=Biopol%C3%ADmero

Biopolímeros

Introducción  Se define biomaterial como cualquier sustancia o combinación de sustancias, de origen natural o sintético, diseñadas  para actuar interfacialmente con sistemas biológicos con el fin de evaluar, tratar, aumentar o sustituir algún tejido, órgano o función del organismo humano. Desafortunadamente, el término biomaterial se utiliza equivocadamente en un sentido más amplio para designar cualquier objeto utilizado en relación con la asistencia sanitaria, incluido el embalaje. Atendiendo a su origen, los biomateriales pueden ser: - naturales: son materiales complejos, heterogéneos y difícilmente caracterizables y procesables. Algunos ejemplos son el colágeno purificado, fibras proteicas (seda, lana ...), etc.. - sintéticos: Los biomateriales sintéticos pueden ser metales, cerámicas o polímeros y comúnmente se denominan materiales biomédicos, para diferenciarlos de los biomateriales de origen natural. En el caso particular de los biomateriales poliméricos, se puede hacer una clasificación según el tiempo que deben mantener su funcionalidad cuando se aplican como  implantes quirúrgicos. - En el primer grupo se incluyen todos aquellos implantes que deben tener un carácter permanente, como son los sistemas o dispositivos utilizados para sustituir parcial o totalmente a tejidos u órganos destruidos como consecuencia de una enfermedad o trauma. - En el segundo grupo, se incluyen los biomateriales degradables de aplicación temporal, es decir, aquellos que deben mantener una funcionalidad adecuada durante un periodo de tiempo limitado, ya que el organismo humano puede desarrollar mecanismos de curación y regeneración tisular para reparar la zona o el tejido afectado.  Breve historia de los biomateriales en medicina La primera aplicación de biomateriales en medicina no se produce hasta 1860 con la introducción de las técnicas quirúrgicas asépticas. A principios de 1900 se aplican las primeras placas óseas hechas de metal con la finalidad de separar roturas o fracturas. Durante los siguientes años las aleaciones metálicas constituyen la única forma de biomateriales en uso. Sus aplicaciones se extienden desde reparaciones óseas hasta  sistemas de liberación de medicamentos. No es hasta la Segunda Guerra Mundial que se produce un rápido avance en la ciencia de los polímeros, principalmente enfocado a las aplicaciones médicas. El poli (metilmetacrilato) (PMMA) fue uno de los primeros polímeros utilizados como material biomédico, aplicándose como material par reparar la córnea humana [Robinson et al., 2001]. Los polímeros no únicamente reemplazaron a otros materiales en aplicaciones médicas, como la sustitución de los catéteres metálicos por polietileno, sino que abrieron el  campo a otras nuevas aplicaciones antes difícilmente asequibles. Así, en 1950 se fabrica el primer corazón artificial, llevado a la práctica a finales de 1960. En la actualidad los polímeros continúan en amplio crecimiento y sus aplicaciones son cada vez mayores dentro del campo de la medicina, mejorando las propiedades de los materiales ya existentes y desarrollando nuevos polímeros par aplicaciones específicas. En la figura 1 se muestra una secuencia histórica de los polímeros de mayor relevancia en el campo de la medicina desde su aparición. Requerimientos para polímeros biomédicos Al trabajar con biomateriales es necesario conocer dos aspectos fundamentales:  el efecto del implante en el organismo  el efecto del organismo sobre el implante. Esto puede resumirse en los siguientes puntos: El material no debe incluir componentes solubles en el sistema vivo excepto si es de forma intencionada para conseguir un fin específico (por ejemplo en sistemas de liberación de medicamentos). El sistema vivo no debe degradar del implante excepto si la degradación es intencionada y diseñada junto con el implante (por ejemplo en suturas adsorbibles). Las propiedades físicas y mecánicas del polímero, deben ser las más apropiadas para ejercer la función para la que han sido elegidas (por ejemplo un tendón sustituido debe tener un módulo de tensión adecuado, una membrana de diálisis la permeabilidad apropiada, una junta de cadera debe tener un bajo coeficiente de rozamiento). Las propiedades mecánicas deseadas deben mantenerse durante el tiempo de vida esperado para el implante (por ejemplo no tiene que producirse una relajación significante en un implante elastomético). El material debe ser biocompatible, siendo este concepto extensible al potencial cancerígeno que pueda poseer y a la interacción con el sistema inmunológico del que va a formar parte. El implante debe ser esterilizable y libre de bacterias y endotoxinas adheridas a las paredes de las células de las bacterias. En general la mayor parte de los polímeros no satisfacen todas estas condiciones, de manera que los materiales polímeros utilizados en medicina deben de ser diseñados específicamente para cumplir unas determinas funciones. Así se puede afirmar que es una labor que hay que realizar entre el médico, científico y el ingeniero.  Aplicaciones biomédicas 1) Equipos e instrumentos quirúrgicos Esta área está cubierta por los termoplásticos y termoestables convencionales que se pueden encontrar en diversas aplicaciones de la vida diaria. Se refiere a los materiales con los que se elaboran inyectadoras, bolsas para suero o sangre, mangueras o tubos flexibles, adhesivos, pinzas, cintas elásticas, hilos de sutura, vendas, etc. Los materiales más usados son aquellos de origen sintético y que no son biodegradables, como polietileno, polipropileno, policloruro de vinilo, polimetilmetacrilato, policarbonato. 2) Aplicaciones permanentes dentro del organismo Los materiales utilizados en estas aplicaciones deben ser materiales diseñados para mantener sus propiedades en largos períodos de tiempo, por lo que se necesita que sean inertes, y debido a que su aplicación es dentro del organismo, deben ser biocompatibles, atóxicos para disminuir el posible rechazo. Las aplicaciones más importantes son lasprótesis o implantes ortopédicos, elementos de fijación como cementos óseos, membranas y componentes de órganos artificiales, entre otros. Entre los materiales más utilizados se encuentran: polímeros fluorados como el teflón, poliamidas, elastómeros, siliconas, poliésteres, policarbonatos, etc. El caso de prótesis vasculares, al ser un implante expuesto al contacto con la sangre, la propiedad fundamental requerida es que el material no provoque coagulación. Considerando este requisito, se aplican fibras de PET, espumas de poli (tetrafluoroetileno) expandido, poliuretanos segmentados y silicona porosa. Otro de los campos donde los polímeros empiezan a tener una presencia significativa son los dispositivos de fijación ósea. Una de las opciones en este campo la constituyen los cementos óseos, que son mezclas de materiales cerámicos con polímeros sintéticos rígidos como el polimetilmetacrilato. También se han desarrollado numerosos estudios e investigaciones en el campo de implantes biodegradables que permitan solucionar las dificultades anteriores. Los polímeros o copolímeros de PLGA son los más empleados para esta aplicación, gracias principalmente a su biocompatibilidad.  3) Aplicaciones temporales dentro del organismo Actualmente, las suturas representan el campo de mayor éxito dentro de los materiales quirúrgicos implantables. El principal motivo es que consisten en materiales biodegradables o bioabsorbibles (principalmente polímeros biodegradables) de manera que la aplicación dentro del organismo pasa de ser permanente a ser temporal.  Entre las aplicaciones temporales dentro del organismo hay que destacar también los sistemas de liberación de fármacos. Los polímeros son esenciales para todos los nuevos sistemas de liberación desarrollados. Finalmente, otra aplicación temporal importante es la dematrices en ingeniería de tejidos. Los polímeros, particularmente los biodegradables, se emplean en el campo de la ingeniería de tejidos como andamiajes temporales en los que las células pueden crecer y formar tejidos. En la figura se puede ver células de conejo adheridas a la placa Petri. En la tabla 1 se recoge a modo de resumen algunos de los campos de la medicina donde están más extendidas las aplicaciones de biomateriales. La tabla 2 recoge algunos tipos de biopolímeros para aplicaciones cardiovasculares, tejidos, blandos, odontología, ortopedia y biotecnología. El intervalo de aplicaciones va desde productos de alto consumo (bolsas de sangre, jeringuillas), usos con mayor contacto (catéteres intravasculares y urinarios), alta tecnología en implantes (válvulas de corazón, juntas, injertos vasculares) y sustitución de órganos (corazón artificial). Oftalmología Lentes intraoculares Lentes de contacto Implantes de retina Cardiovascular Injertos vasculares Válvulas de corazón Marcapasos Bolsas de sangre Reconstrucciones Prótesis de mama Nariz, barbilla Dientes Ortopedia Caderas Rodillas Hombros Juntas dedos Otros Catéteres Oxigenadotes Diálisis renales  Tabla 1.Campos de la medicina-aplicaciones de biomateriales Biopolímeros Aplicaciones Polímeros sintéticos no degradables Polimetacrilato de metilo (PMMA) Cemento óseo, dientes artificiales, lentes intraoculares Polimetacrilato de hidroxietilo (PHEMA) Lentes de contacto blandas Epoxis Materiales protectores, composites de fibra Fluorocarbonados Injertos vasculares, catéteres y parches periodontales y abdominales Hidrogeles Catéteres y antiadhesivos Poliacetales Válvulas cardiacas, partes estructurales Poliamidas Suturas Elastómeros de Poliamida Catéteres y para tapar heridas Policarbonatos Membranas de oxigenación y hemodiálisis, conectores Poliesteres Injertos vasculares, globos para angioplastia, suturas y reparaciones para hernias Elastómeros de poliéster Catéteres Poli (etercetonas)  Componentes estructurales y ortopedia Poli (imidas)  Componentes estructurales, catéteres Poli (metilpenteno) Materiales protectores para dispositivos extracorporales Poli(olefinas) Suturas, globos de angioplastia, catéteres, jeringas Elastómeros de poli(olefinas) Tubos, corazones artificiales, catéteres Películas de poliolefinas de alta cristalinidad Globos de angioplastia Poli(sulfonas) Componentes estructurales y ortopedia Poli(uretanos) Catéteres, corazón artificial, prótesis vasculares, recubrimientos para heridas y revestimiento compatible con la sangre Poli (cloruro de vinilo) Tubos y bolsas de sangre Siliconas Implantes de cirugía plástica, catéteres, válvulas de corazón, membranas permeables al oxígeno, prótesis faciales y de la oreja Polietileno de ultra alto peso molecular Tejidos de alta resistencia Copolímero de estireno y acrilonitrilo (SAN) Prótesis mamarias Poliestireno Kit de diagnóstico, material monouso del laboratorio Poliacrilonitrilo Membranas para diálisis Bioresorbibles Poli (aminoácidos) Liberación controlada, peptidos de adhesión celular Poli(anhídridos) Liberación controlada Poli(caprolactonas) Suturas y liberación controlada Copolimeros de acido lactico y glicolico Suturas, liberación controlada, discos óseos Poli(hidroxibutiratos) Liberación controlada, discos óseos Poli (ortoesteres) Liberación controlada Colágeno Recubrimientos y reconstrucción tisular Macromoléculas bioderivadas Albúmina entrecruzada Recubrimientos de injertos vasculares y agente para contraste de ultrasonidos Acetatos de celulosa Membranas de hemodiálisis Celulosa cuproamonica Membranas de hemodiálisis Citosina Recubrimientos y liberación controlada Colágeno Recubrimientos y órganos híbridos Elastina Recubrimientos Gelatina entrecruzada Recubrimiento para corazón artificial Ácido hialuronico Recubrimientos, antiadhesivo, antiinflamatorio ocular y articular Fosfolípidos Liposomas Seda Suturas, recubrimientos experimentales de proteínas tipo seda Recubrimientos pasivos Albúmina Tromboresistencia Cadenas alquilicas Adsorbe albúmina para la tromboresistencia Fluorocarbonados Reduce el rozamiento en catéteres Hidrogeles Reduce el rozamiento en catéteres Siliconas libres de sílice Tromboresistencia Aceites de silicona Lubricación para agujas y catéteres Recubrimientos bioactivos Anticoagulantes (ej: heparina) Tromboresistencia Antimicrobianos Resistencia a la infección Peptidos de adhesión celular Mejora adhesión celular Proteínas de adhesión celular Mejora adhesión celular Adhesivos tisulares Cianoacrilatos Microcirugía Pegamento de fibrina Recubrimiento para injertos vasculares y microcirugía Tabla 2. Biopolímeros-Aplicación El grupo de mayor uso de biomateriales lo forman los materiales polímeros sintéticos; se usan en aplicaciones como suturas, contenedores para usos externos al cuerpo( oxigenadotes de sangre, hemodiálisis), injertos vasculares, válvulas de corazón, tubos, conectores, bolsas. Por ejemplo: - Poliamidas (nylon 6/6) y polipropileno se usan como material de sutura. - El PVC se usa en tubos y bolsas para el almacenaje de sangre y productos farmacéuticos. - PET se usa para injertos vasculares de diámetro considerable. - PMMA es material usado como cemento de fijación femoral, para lentes intraoculares y para prótesis de cadera. - PTFE se usa como membranas para injertos vasculares, periodontales y como prótesis de ligamentos. - Hidrogeles diversos están comenzando a utilizarse en aplicaciones de contacto con sangre y oculares debido a la baja adsorción de proteínas que poseen y a la capacidad de lubricación. - Poliuretanos son un ejemplo de materiales con excelente resistencia a fatiga; se usan en bombeo en corazones artificiales. - Los polímeros de recubrimiento (siliconas, hidrogeles, fluorocarbonos) se utilizan para muchas aplicaciones cardiovasculares. - Los materiales bio-readsorbibles son interesantes porque se eliminan sin necesidad de una nueva cirugía. En general, son materiales que se degradan sin dar productos tóxicos para el organismo que son eliminados posteriormente. Los biopolímeros más utilizados como materiales readsorbibles son los hidroxiácidos que se degradan hasta la mitad de su masa en pocos meses. A la vista de las estadísticas que se realizan sobre el número de fallos producidos en la implantación de materiales poliméricos sintéticos puede afirmarse que actualmente las funciones que llevan a cabo los implantes fabricados en materiales sintéticos son tan buenas como los órganos naturales a los que sustituyen.