Investigación: materiales a escala nanométrica en hemodiálisis

La diabetes es considerada una enfermedad muy peligrosa, y la tendencia estima un alto incremento de este padecimiento debido a la mala alimentación que se tiene en la actualidad. En la diabetes los niveles de glucosa (azúcar) son muy elevados en el cuerpo humano y esto trastorna al páncreas evitando que este órgano fabrique la cantidad suficiente de insulina.

Existen diferentes tipos de diabetes, entre ellos la diabetes mellitus, caracterizada por la hiperglucemia y generada por la baja producción de insulina en el cuerpo. La hiperglucemia está asociada con daños a largo plazo, disfunción e insuficiencia de varios órganos, especialmente los ojos, riñones, nervios, corazón y vasos sanguíneos. En el desarrollo de esta enfermedad intervienen varios procesos patógenos, que van desde la destrucción autoinmune de las células del páncreas con la consiguiente deficiencia de insulina, hasta anomalías que originan resistencia a la acción de la insulina.

Las bajas cantidades de insulina en el cuerpo son el resultado de una secreción inadecuada de la misma o de una disminución de la respuesta de los tejidos a ella [1].

Es importante mencionar que los pacientes con enfermedad renal terminal diabética están siendo aceptados para el tratamiento en programas de ERT (Enfermedad renal en etapa terminal) del que habían sido excluidos. En Estados Unidos la nefropatía diabética representa alrededor del 40 % de los nuevos casos de ERT [2].

Otra de las enfermedades generadas a partir de la diabetes es la insuficiencia renal crónica (IRC). Se estima que aproximadamente 750,000 personas en el mundo presentan hoy problemas de insuficiencia renal y que esta población crece a una razón de casi 10 % anual [3], debido a diferentes causas. Dicha insuficiencia renal, provocada por el mal funcionamiento de los riñones, es tratada por medio de varios métodos: diálisis (peritoneal y hemodiálisis) y trasplante renal. Sin tratamiento y terapias adecuadas, muchos pacientes no sobrevivirían por más de 10 a 14 días debido a la acumulación de sustancias tóxicas en su sangre y a la sobrehidratación. El tratamiento de hemodiálisis, el método más utilizado en el país, consiste en colocarle al paciente una máquina de riñón artificial para extraerle todas las sustancias tóxicas a través de un proceso de difusión por ósmosis, mediante una membrana semipermeable [4,5].

Cómo afecta en México

La Insuficiencia Renal Crónica tiene un gran impacto social, pues las cifras de morbilidad y mortalidad son muy alarmantes. En México, esta es una de las principales causas de atención en hospitalización y en los servicios de urgencias. Está considerada una enfermedad catastrófica debido al número creciente de casos, a los altos costos de inversión, recursos de infraestructura y personal médico limitado, a la detección tardía y altas tasas de morbilidad y mortalidad en programas de sustitución, todo lo cual genera un impacto socioeconómico en la población. Hasta el momento, en México, se carece de un registro de pacientes con enfermedad renal crónica (ERC), por lo que se desconoce el número preciso de pacientes en cualquiera de sus estadios, grupos de edad y sexo más afectados, así como el comportamiento propio de los programas. Se estima una incidencia de pacientes con IRC de 377 casos por millón de habitantes y la prevalencia de 1.142; cuenta con alrededor de 52,000 pacientes en terapias sustitutivas, de los cuales el 80 % son atendidos en el Instituto Mexicano del Seguro Social (IMSS). Los servicios de salud en México son proporcionados por la seguridad social, compuesta por los hospitales del IMSS, que proporcionan atención al 62.2 % de los mexicanos; INSABI, 15.1 %; el Instituto de Seguridad y Servicios Sociales para los Trabajadores del Estado (ISSSTE), 11.9 %; el sector privado, 3.9 %; los hospitales militares, 2 %, y otros, 4.9 %.

Por otra parte, una manera de dar solución a estos problemas de salud en México es utilizar la nanotecnología, término derivado del griego nanno, que significa ‘enano’, y se define como el control de la materia a escalas de entre 1 y 100 nanómetros. Entre sus campos de aplicación se incluyen el medioambiente, la exploración espacial, las tecnologías de la comunicación e informática, los sectores energético, textil, de construcción y arquitectura, la agricultura, ganadería, electrónica, cosmética, las industrias militar, automovilística, de seguridad personal y vial, higiene y salud pública, entre otras.

La nanociencia y la nanotecnología pueden ser campos transformadores y revolucionarios, con un impacto semejante a la máquina de vapor (siglos XVIII y XIX), la electricidad (siglo XX) y la informática (siglos XX-XXI). Tal es el impacto de este sector de vanguardia, que puede reflejar las nuevas realidades de la ciencia mundial de este siglo. Las capacidades y logros de los científicos y tecnólogos del mundo en desarrollo mediante nanotecnología siguen en aumento.

En el área de la medicina se han publicado varias investigaciones y resultados ligados directamente con el uso de la nanotecnología. Su aplicación en el diagnóstico, tratamiento, monitoreo y control de sistemas biológicos es denominado nanomedicina. Esta rama de la nanotecnología agrupa tres áreas principales: el nanodiagnóstico, la liberación controlada de fármacos y la medicina regenerativa.

El avance tecnológico durante los últimos años en la fabricación de materiales a escala nanométrica ha abierto amplias posibilidades en el diseño y preparación de nuevos materiales con excelentes propiedades.

Las aplicaciones más notorias de los nuevos biomateriales para el sector médico han sido la fabricación de membranas para purificación de sangre en procesos de diálisis, suturas quirúrgicas, apósitos para la curación de heridas, implantes dentales y vasculares.

El Centro de Investigación y de Innovación del Estado de Tlaxcala (CITLAX), en conjunto con el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), ha desarrollado una línea de investigación para la fabricación de un nuevo filtro, eficiente en hemodiálisis y más selectivo en la remoción de toxinas urémicas. Hasta el momento se han probado distintas nanopartículas, entre ellas ferritas magnéticas, zeolita, nanoplaquetas de grafeno, nanotubos de carbono y carbón black, con excelentes resultados. Además, se han ensayado diferentes polímeros como matriz polimérica para la elaboración del filtro. De esto han derivado siete publicaciones científicas en la revista Journal Citation Reports y dos solicitudes de patente.

El presente estudio busca brindar los fundamentos e investigaciones, así como las aplicaciones prácticas para la implementación de materiales basados en nanotecnología, que permitan mejoras significativas a los filtros de hemodiálisis tradicionales utilizados hoy.

Referencias bibliográficas

1. Mellitus, D. (2005). Diagnosis and classification of diabetes mellitus. Diabetes care, 28(S37), S5-S10.
2. García Aguilar, M. (2010). Proporción de sujetos con nefropatía diabética no diagnosticada en población de diabéticos tipo 2 en control por médico familiar.
3. Rev. Colomb. Nefrol. 2019;6(2): 138-151, julio-diciembre de 2019. http://www.revistanefrologia.org
4. Subiza, A. K., Odriozola, M., Ríos, P., Lamadrid, V., Mazzuchi, N., & Gadola, L. (2016). Riesgo cardiovascular en la enfermedad renal crónica. Revista Uruguaya de Cardiología, 31(2), 5-5.
5. Mashkoor, Atif. “The hemodialysis machine case study”. International Conference on Abstract State Machines, Alloy, B, TLA, VDM, and Z. Springer, Cham, 2016.

Autores

Christian Cabello Alvarado, Marlene Andrade Guel, Janett Valdez Garza, Pamela Reyes Rodríguez, Carlos Ávila Orta, Gregorio Cadenas Pliego, Hugo Ramos Martínez, Patricia de León Martínez, Zaira Mezquitic Valdez.

1. Centro de Investigación en Química Aplicada. Departamento de Materiales Avanzados. Saltillo, Coahuila, México.

2. Centro de Investigación y de Innovación del Estado de Tlaxcala. Tlaxcala, México.