Resistencia a la tracción de biomateriales reabsorbibles

La degradación del material describe la pérdida de rendimiento y el cambio en las propiedades del material, como la resistencia a la tracción, el color y la forma, después de la exposición a uno o más factores ambientales. Estos factores incluyen calor, luz, fuerzas mecánicas o exposición química, como ácidos, álcalis o sales. Una forma de controlar la degradación es mediante la ingeniería de superficies. Esto se logra protegiendo una superficie con una capa protectora o modificando el material en sí, por ejemplo, mediante la reticulación.

Aquí, las muestras de muestras disponibles comercialmente se prueban en una máquina de ensayo con un transductor de fuerza. Las muestras se colocan firmemente en las abrazaderas de la máquina de ensayo (UTM), la UTM está a cero y se inicia una velocidad de desplazamiento de 6 mm/min hasta que se aprueba. Después del fallo, se registra la fuerza máxima. El diseño experimental se muestra en la figura siguiente.

Figura 1: Diseño experimental.

En este experimento se utilizarán dos suturas resorbables: suturas de poligliconato y suturas de polidioxanona. Las suturas de poligliconato sintético se preparan a partir de una reacción que requiere glicolida y carbonato de trimetileno. Al formar poli(glicolide-co-forrtileno carbonato), se polimerizan. Estos poliglicócolidos tienen una estructura lineal de (C₈H₁₀O₇)_n,que se muestra a continuación en la Figura 2. Por otro lado, las suturas PDS II Violet Monofilament se sintetizan a partir de polímeros de polidioxanona, con una estructura lineal de (C₄H₆O₃)_n. La polidioxanona se muestra a continuación en la Figura 3.

Figura 2: Poli(glicolide-co-remate de abeto de abete) utilizado para polimerizar suturas de poligliconato.

Figura 3: Polidioxanona utilizada para polimerizar suturas.

Ambas suturas siguen las reacciones de hidrólisis a través del proceso de degradación. Para el poliglicolido, se produce una hidrólisis de dos pasos. En primer lugar, el polímero se convierte primero en su monómero (ácido glicólico) por escisión de sus enlaces de éster interno. Luego, se produce un ataque hidrolítico en las porciones cristalinas del polímero. A medida que las regiones cristalinas se disuelven, el polímero colapsa. Del mismo modo, suturas de polidioxanona se degradan con seguridad a través del radical éster. Los compuestos degradados de ambos tipos de sutura son no tóxicos y se secretan de forma segura a través de la micción o la exhalación.

Con el tiempo, la solución se vuelve más ácida, debido a la mayor presencia de iones hidroxilo. Los radicales ácidos carboxílicos se generan a partir de los extremos de los monómeros degradados, lo que reduce el pH de la solución circundante. Estudios recientes han demostrado que las estructuras de poliglicolido y polidioxanona se degradan más rápido in vivo que in vitro,provocadas por la actividad enzimática celular². No se observan efectos debidos a la presencia de enzimas biológicas durante este procedimiento in vitro.

1. Preparación de la muestra

1. Cree seis etiquetas que contengan la siguiente información y adjunte las etiquetas en tubos de ensayo atornillados.
   1. Fecha: mes y día
   2. Tipo de muestra: poligliconato o polidioxanona
   3. Tipo de solución: solución ácida (A), alcalina (B) o neutra (N) con pH que oscila entre 2-14.
2. Abra el embalaje de la sutura y retire la sutura. Cortar la aguja y desecharla en el recipiente de objetos punzantes.
3. Cortar la sutura en 3 piezas que son aproximadamente 10-12 en largo.
4. Observe el color y las características físicas de la sutura.
5. Utilice una pinza para medir el diámetro de cada sutura.
6. Pesar cada sutura y colocar una muestra en cada tubo de ensayo.
7. Llene los tubos de ensayo etiquetados como "N" con suficiente agua desionizada para cubrir la sutura, y luego cubra los tubos de ensayo.
8. Utilice una pipeta para llenar los tubos de ensayo con la etiqueta "A" con suficiente solución de 0.001 M HCl para cubrir la sutura. Recuerde tapar los tubos de ensayo.
9. Utilice una pipeta para llenar los tubos de ensayo con la etiqueta "B" con suficiente solución NaOH de 0,001 M para cubrir la sutura. Recuerde tapar los tubos de ensayo.
10. Coloque los seis tubos de ensayo en la rejilla metálica en un horno a 37 oC.

2. Prueba de tracción de la muestra de control

1. Obtenga una sutura fresca, la muestra de control, y colóquela en el accesorio de la UTM y asegúrela en su lugar.
2. Antes de iniciar la tensión en la muestra, cero el UTM presionando las teclas F1 (fuerza cero) y F2 (cero ext). Registre la configuración de velocidad de desplazamiento en la hoja de datos.
3. Asegúrese de que la retención de pico se muestra en el panel de visualización UTM.
4. Inicie el UTM pulsando la tecla de flecha arriba. La fuerza y el desplazamiento comenzarán a cambiar en la UTM.
5. Cargue la muestra hasta que no se aboen. A continuación, detenga la UTM.
6. Registre la fuerza máxima desde la pantalla UTM.

3. Perfil de pérdida de fuerza

1. Retire una de cada muestra (A, B y N) del horno cada semana durante cinco semanas.
2. Mida el pH de la solución en el tubo de ensayo con papel de pH.
3. Enjuague la sutura con agua desionizada y observe cualquier cambio físico o de color en el material de cada muestra.
4. Si es necesario, seque la muestra con una toalla de papel.
5. Pesar cada muestra y registrar el nuevo peso
6. Coloque la muestra en las empuñaduras de la UTM y fíjela en su lugar.
7. Antes de iniciar la tensión en la muestra, cero el UTM presionando las teclas F1 (fuerza cero) y F2 (cero ext).
8. Asegúrese de que se muestra la retención máxima en el panel de visualización UTM y compruebe que la velocidad de desplazamiento en el UTM es la misma que cuando probó la muestra de control.
9. Cargue la muestra hasta que no se aboen. A continuación, detenga la UTM.
10. Registre la fuerza máxima en caso de fallo desde la pantalla UTM.

En el transcurso de cinco semanas, todas las muestras tratadas fueron probadas y analizadas. A partir de los ensayos generales, las concentraciones medias de tracción se calcularon utilizando la Ecuación 1:

(1)

También se calcularon las desviaciones estándar de todas las fuerzas en caso de fallo con respecto al tipo de sutura y al entorno de solución. Finalmente, la fuerza de tracción porcentual retenida se determinó utilizando la resistencia a la tracción promedio. A continuación se muestran los gráficos que muestran resultados representativos.

(2)

El perfil medio de pérdida de fuerza para las suturas de poligliconato en todos los rangos de pH fue de alrededor del 81%, 76%, 66% y 54% durante las primeras cuatro semanas, respectivamente. Durante las primeras cuatro semanas del experimento, este perfil es casi idéntico a las reclamaciones del fabricante para estas suturas. También es evidente que el perfil de poligliconato original se degrada a un ritmo ligeramente más rápido que las suturas in vitro experimentales. Esto se atribuye al hecho de que el fabricante realizó pruebas in vivo, donde existían factores como la degradación enzimática. La presencia de enzimas biológicas puede aumentar en gran medida la tasa de degradación y reabsorción de biomateriales. Las pruebas in vivo someten a la muestra a diferentes tensiones e interacciones bioquímicas que carecen de procedimientos in vitro. Las pruebas in vivo son generalmente preferidas sobre las pruebas in vitro porque permiten observar los efectos generales de un experimento en un sujeto vivo.

Figura 4: Solución ácida: Resistencia a la tracción de la sutura.

Figura 5: Solución neutra, Resistencia a la tracción de la sutura.

Figura 6: Solución alcalina, Resistencia a la tracción de la sutura.

Figura 7: Solución ácida, Porcentaje de resistencia a la tracción retenida.

Figura 8: Solución neutra, Porcentaje de resistencia a la tracción retenida.

Figura 9: Solución básica, Porcentaje de resistencia a la tracción retenida.

Tabla 1: Datos generales de la sutura de polidioxanona de 5 semanas, Fuerzas al fracaso

Tabla 2: Datos generales de la sutura de poligliconato de 5 semanas, Fuerzas al fracaso

Con el tiempo, las fuerzas de tracción de todos los especímenes de sutura disminuyeron. Además, en el caso de las suturas de polidioxanona, un ambiente ácido era el más dañino, ya que sólo se retuvo el 41,46% de la resistencia a la tracción original, mientras que el 78,58% y el 48,95% de la resistencia a la tracción original se retuvo para las suturas de polidioxanona en alcalinas y el 48,95% de la resistencia a la tracción original se retuvo para las suturas de polidioxanona en alcalinas y el 48,95% de la resistencia a la tracción original se retuvo para las suturas de polidioxanona en alcalinas y el 48,95% de la resistencia a la tracción original se retuvo para las suturas de polidioxanona en alcalinas y el 48,95% de la resistencia a la tracción original se retuvo para las suturas de polidioxanona en alcal soluciones neutrales, respectivamente. Por otro lado, los porcentajes de retención de resistencia a lo largo del tiempo para las suturas de poligliconato en diferentes soluciones de pH fueron todos similares. La mayor disminución de la resistencia a la tracción para las suturas de poligliconato se observó en un entorno neutro, donde sólo se mantuvo el 41,22% de la resistencia original. En ambientes ácidos y alcalinos, el 42,79% y el 42,81% de la resistencia a la tracción original se retuvieron para las suturas de poligliconato, respectivamente.

Si las suturas se incubaron a una temperatura más alta, se habrían degradado más rápido debido al aumento de la energía inherente que se encuentra dentro del sistema. Esto permitiría una despolimerización más espontánea en monómeros. En otras palabras, a medida que aumenta la temperatura, la resistencia a la tracción se ve afectada negativamente. Además, si las suturas se mantuvieran en tensión constante, las posibilidades de descomposición también aumentarían. Esto se debe a la deformación de fluencia; estirar las suturas crea configuraciones más débiles que son primordiales para la absorción. Si las suturas se ataran en nudos, se produciría un escenario similar.

En este experimento, se evaluó la resistencia a la tracción de las suturas en diferentes entornos de pH. Durante cinco semanas, se exploraron las resistencias a la tracción de dos tipos diferentes de suturas después de la exposición a soluciones ácidas, alcalinas y neutrales. Los resultados indican abrumadoramente que las suturas bioabsorbibles se degradarán con el tiempo en cualquier entorno de pH.

Aunque las suturas de poligliconato se degradan a un ritmo más rápido, los siguen siendo más fuertes en comparación con las suturas de polidioxanona. Los resultados experimentales también muestran que en los marcos de tiempo prolongados, las suturas de polidioxanona conservan más de su fuerza que las suturas de poligliconato, ya que la tasa de degradación más rápida de las suturas de poligliocnato se hace más evidente. No obstante, dado que el experimento se realizó in vitro,no se pueden extraer conclusiones sustanciales sobre la eficacia de las suturas de poligliconato o polidioxanona en un modelo bioquímico más activo. La degradación enzimática es un aspecto crítico que debe tenerse en cuenta. A pesar de todo, ambas suturas son candidatos viables para los procedimientos quirúrgicos. Este estudio confirma la importancia de este tipo de investigación.

Las suturas resortables proporcionan un soporte temporal de la herida, lo que permite que la herida sane lo suficientemente bien como para soportar las fuerzas normales. Generalmente, las suturas resorbables se utilizan para procedimientos internos, por lo que los procedimientos quirúrgicos adicionales serían innecesarios para la extracción de sutura. Tras la desintegración, quedan pocos o ningún rastro de la sutura. Las suturas resorbables también se utilizan en pacientes que no pueden regresar para un procedimiento de extracción de sutura. Por otro lado, las suturas no resortables se utilizan comúnmente en el cierre epidérmico, donde las suturas se pueden quitar fácilmente después de una cierta cantidad de tiempo. Además, las suturas no resortables se utilizan a menudo en entornos internos estresantes, cuando las suturas resorbables son incapaces de proporcionar suficiente soporte para heridas. Las estructuras internas como el corazón, que resiste constantemente diversas presiones y movimientos, requieren suturas no resortables. Otras aplicaciones de suturas no resortables incluyen cirugías ortopédicas y cierre esternal en cirugías cardíacas. Dado que las suturas resorbables se utilizan en partes internas y más críticas del cuerpo, es importante probar su resistencia y analizar la calidad del producto.

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