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El Dr. Jesús Arenas Alatorre, investigador del departamento de Materia Condensada del Instituto de Física (IF) de la UNAM, ha obtenido una patente por el desarrollo de un método para sintetizar una cerámica bioactiva a partir de la depolimerización de sílice, proveniente de ceniza de cáscara de arroz (RHA, por las siglas en inglés de rice hull ash), con lo que se abre la puerta a la generación de estructuras sintéticas para la regeneración de tejido óseo dañado en el cuerpo humano.

El título de inventor lo ha conseguido junto con la Dra. Norma Angélica Sánchez Flores, del grupo de catálisis y procesos de superficie del Instituto de Ciencias Aplicadas y Tecnología (ICAT); el Dr. José Manuel Saniger Blesa, del grupo de sustratos nanoestructurados del ICAT; y de la Dra. Miriam Marín Miranda, de la Facultad de Estudios Superiores (FES) Zaragoza, todos académicos de la UNAM.

Las novedades del proceso, que han sido reconocidos por el Instituto Mexicano de la Propiedad Intelectual (IMPI), de la Secretaría de Economía (SE) del gobierno federal, consiste en proveer el uso de sílice de ceniza de cáscaras de arroz para la preparación de una cerámica bioactiva tipo biovidrio.

“Todo comenzó en 2016 cuando, junto con todos los que conformamos el equipo, comenzamos a trabajar en la pregunta de cómo obtener un material bioactivo a partir de la cascarilla de arroz. Esto porque más del 90% de la cáscara de arroz tiene silicio”, comentó el Dr. Arenas Alatorre, al explicar los antecedentes del proyecto. “El objetivo era que el silicio funcionara como un biomaterial para formar cavidades que se pudiera utilizar como un andamio para que los cristales de hidroxiapatita crecieran sobre él”, apuntó. Cabe destacar que, de forma natural, los huesos de nuestro cuerpo están compuestos, fundamentalmente, de hidroxiapatita (Ca10(PO4)6 (HO)2).

Es así que el desarrollo parte de una cerámica bioactiva sintetizada a partir del desecho agroindustrial, en este caso del arroz, con el que se produce ceniza de cáscara y del que se presenta un proceso de depolimerización de sílice. El Dr. Arenas, quien tiene como una de sus líneas de investigación el estudio de biomateriales, explicó que la invención provee una cerámica bioactiva con presencia de pequeñas impurezas en la estructura de silicio, lo que otorga ventajas en las propiedades del material. “El silicio puro es muy frágil y se rompe, entonces las impurezas que se incrustan en los andamios le dan mayor rigidez. Además de las propiedades óptimas, no hay ningún elemento que sea dañino para la salud”, comentó.

Otro de los elementos reconocidos en esta patente es la mesoporosidad de la cerámica de silicio, que es la que permite la formación de andamios. El que el material sea mesoporoso significa que tiene poros de diámetro entre 2 y 50 nanómetros, una configuración obtenida a partir del uso del proceso sol-gel, utilizado para la producción de materiales sólidos a partir de moléculas pequeñas. “El tamaño de los poros es importante, porque no en cualquier tamaño crecen los cristales de hidroxiapatita. Además, debe haber biocompatibilidad, es decir, que el tamaño del poro y el crecimiento del cristal sea lo más parecido al hueso, porque de lo contrario, no habrá regeneración ósea”, explicó el Dr. Arenas.

Además, como parte de las novedades, también se incorporaron propuestas nuevas en el método, como es el lavado por diez ciclos de la cáscara de arroz, su calcinación a 500o Celsius por 24 horas, la mezcla con carbonato de calcio a una temperatura de 200o Celsius, la calcinación de la mezcla por 3 horas a 700o Celsius para obtener un sólido poroso, por mencionar algunas.

En esta investigación, el trabajo del Dr. Arenas consistió en identificar los fosfatos de calcio que se formaron durante las pruebas, entre ellos la hidroxiapatita, así como medir el tamaño de los poros de la estructura de silicio, todo esto con ayuda del microscopio electrónico de transmisión y de barrido del Laboratorio Central de Microscopía del Instituto de Física.

Al hablar de la relevancia de esta patente para el Instituto de Física, el doctor mencionó que “es una muestra de que lo que hacemos aquí, que fundamentalmente es ciencia básica, también puede tener una aplicación importante para la sociedad, en este caso a partir de la Física de Estado Sólido. Sin lugar a dudas hay áreas que también tienen el mismo nivel de aplicación que, cuando nos dedicamos a las ciencias básicas, nos es difícil de visualizar". Asimismo, destacó el papel del trabajo multi e interdisciplinario, pues reconoció que las distintas visiones enriquecen el trabajo de investigación y le dan más oportunidad a encontrar salidas para el beneficio comunitario.

Esta propuesta surge de la necesidad médica de la reparación, mantenimiento y mejora del tejido óseo dañado por diversas causas. Los menesteres van desde la ortopedia, los implantes dentales, la reconstrucción maxilofacial, la otorrinolaringología, la reconstrucción de bolsas periodontales, por mencionar algunas. Sin embargo, a pesar de la existencia de prótesis, trasplantes o implantes, éstos deben asegurar la biocompatibilidad, funcionalidad y accesibilidad con el paciente. De ahí que la primera alternativa tienda a ser la del mismo cuerpo del paciente a través del autoinjerto, pero existen distintos problemas, como la cantidad de material obtenido, el costo, la dificultad de modelar el injerto y de que pocas veces se consigue un proceso total de regeneración. En segundo lugar, se recomiendan materiales metálicos, como implantes de titanio. Asimismo, se sugiere el uso de biomateriales que no interactúan con el ambiente biológico.

Desde la década de los años 60 se ha hecho uso de la cristalografía y la química del hueso para obtener materiales similares a éste, como es a través de la hidroxiapatita sintética, la fluoroapatita y otros fosfatos de calcio. Desde entonces, también se han propuesto biomateriales que sustituyen los tejidos duros y que promueven la regeneración del hueso natural.

Esta es la segunda patente que el Dr. Arenas Alatorre obtiene, pues en 2022 fue reconocido como inventor por su trabajo en el estudio de las propiedades magnéticas de nanopartículas para acarrear desechos. Ésta fue trabajada con académicos de la FES Iztacala, de la Facultad de Química (FQ), del Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) y el ICAT.