Membranas para hemodiálisis: polímeros y nanopartículas retienen toxinas

La enfermedad renal crónica (ERC) se ha convertido en un problema de salud global que afecta aproximadamente a 840 millones de personas en todo el mundo. Los tratamientos actuales para la ERC solo pueden ralentizar su progresión, y en última instancia, muchos pacientes terminan necesitando un trasplante de riñón.

Sin embargo, debido a la escasez de órganos disponibles y la falta de conciencia sobre la donación, muchos pacientes dependen de sistemas de diálisis para mantenerse con vida. Estos sistemas, que funcionan externamente, emplean un proceso conocido como hemodiálisis, en el que la sangre del paciente es filtrada a través de un dializador para eliminar toxinas y desechos metabólicos.

Aunque la tecnología de la hemodiálisis ha mejorado en los últimos años, los resultados a largo plazo siguen siendo insatisfactorios, ya que los dializadores actuales aún tienen limitaciones para eliminar eficazmente toxinas de tamaño medio o grande, lo que puede provocar efectos secundarios perjudiciales para la salud del paciente.

Desafíos en la filtración de toxinas urémicas

Las toxinas urémicas representan un desafío significativo en el proceso de hemodiálisis. Estas sustancias, producidas como desechos metabólicos, pueden ser mortales si se acumulan en el cuerpo del paciente. Con más de noventa tipos diferentes identificados, estas toxinas se dividen en tres categorías según su peso molecular.

Sin embargo, la filtración de moléculas de mediano peso o aquellas enlazadas a proteínas ha demostrado ser particularmente complicada. Algunas sustancias, como el fósforo, la vitamina B2 y la β2-microglobulina (β2-M), representan un reto adicional debido a sus características de filtrado.

Las membranas desempeñan un papel crucial en el proceso de hemodiálisis al actuar como filtros semipermeables que retienen toxinas y desechos mientras permiten el paso de la sangre. Estas membranas se clasifican en dos tipos principales: celulósicas y sintéticas. Mientras que las membranas celulósicas tienen limitaciones en cuanto a eficiencia y biocompatibilidad, las sintéticas, como la polietersulfona (PES), el polimetacrilato de metilo (PMMA) y el polivinilidenofluoruro (PVDF), han demostrado un mejor rendimiento y estabilidad a largo plazo.

En este contexto se han desarrollado avances significativos en el diseño y la fabricación de membranas semipermeables para dializadores, con el objetivo de mejorar la eficiencia de la filtración y retención de estas toxinas.

Incorporación de polímeros y nanopartículas en membranas

Para abordar las limitaciones de las membranas convencionales se han desarrollado enfoques innovadores que incorporan polímeros y nanopartículas en su estructura. La adición de cargas como grafeno, óxido de grafeno, nanotubos de carbono y carbón activado dentro del polímero base ha demostrado mejorar las propiedades de filtrado y retención de toxinas urémicas.

Además, el uso de telas no tejidas, producidas mediante la deposición directa de material fundido en forma de fibras, ha simplificado el proceso de fabricación y permitido la incorporación eficiente de materiales absorbentes. Investigaciones recientes del CIQA han destacado el potencial de materiales como el nailon 6 con nanopartículas de carbono modificado, que ha demostrado una alta capacidad de retención de toxinas urémicas, lo que lo convierte en un candidato prometedor en el desarrollo de membranas para hemodiálisis, con la capacidad de retener un 90 % de urea, 81 % de creatinina y 88 % de ácido úrico de filtración.

En la tela no tejida se han desarrollado investigaciones principalmente con fines de biocompatibilidad, antibacteriales y de purificación de agua y gas, con previos tratamientos superficiales o, en algunos casos, la incorporación por impregnación de materiales absorbentes en polipropileno (PP), ácido poliláctico (PLA) y acrílicos, que han demostrado la versatilidad de estas telas para desarrollar materiales selectivos.

El nailon es un material poco usado en el área de membranas, pero ha demostrado buenas propiedades al agregársele partículas modificadas absorbentes como el carbón. El carbón activado modificado es un excelente absorbente de toxinas urémicas y su elaboración con estos polímeros, a diferencia de las mezclas, proporciona una membrana de hemodiálisis fácil de fabricar, de bajo costo, con buena biocompatibilidad y excelentes propiedades químicas, físicas, térmicas y mecánicas.

Agradecimientos

Los autores agradecen el financiamiento del Proyecto CONAHCYT 320802: “Desarrollo de filtros selectivos nacionales a base de polímeros y nanopartículas modificadas”. Fondo F003 Convocatoria de Ciencia Básica y/o Ciencia de Frontera. Modalidad: Paradigmas y controversias de la ciencia.