De la Luna al laboratorio

Apenas la Luna aparecía en el horizonte,
la encerraba en el campo del telescopio
y la seguía asiduamente en su marcha por los espacios planetarios. 
Julio Verne

Cuando era niña soñaba con ir a la Luna y a Marte, esta ilusión fue una chispa que se despertó a través de la lectura de las novelas de Herbert George Wells, Julio Verne y Emilio Salgari, sus historias me acompañaron en la infancia y por eso quería estudiar astronomía o alguna carrera que me permitiera llegar a la Luna, recordó emocionada la doctora María Cristina Piña Barba, investigadora del Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) de la UNAM.
Conforme pasó el tiempo, me di cuenta que para ser astrónoma primero tenía que estudiar física, el estudiar ambas disciplinas me permitió descubrir que la astronomía era física aplicada al universo, y me encantó porque tiene aplicaciones en toda la vida, así fue como decidí quedarme como física y no como astrónoma. 

La arqueología en su vida

Hija de los reconocidos arqueólogos mexicanos, Beatriz Barba y Román Piña Chan, María Cristina Piña siempre estuvo rodeada de arqueología. Mi mamá fue la primera arqueóloga mexicana, participó en la fundación del Museo de las Culturas, del que fue subdirectora. Mi papá era un arqueólogo muy destacado y una persona muy liberal, ambos estaban de acuerdo en que mis hermanas y yo estudiáramos carreras científicas.
Cuando éramos niñas mis padres nos llevaban a los sitios arqueológicos, y mientras otros niños se divertían yendo a nadar o jugando, nosotras teníamos que lidiar con los mosquitos y el polvo, eso no nos gustó y por eso ninguna de las tres se dedicó a la arqueología.
En ese entonces la arqueología no me llamaba la atención, porque sólo veía piedras y moscos, pero cuando crecí me pareció apasionante y lo disfruté mucho, porque de alguna forma mis padres nos inculcaron el amor por todo lo originario, por los pueblos mexicanos y por la gente; sin embargo, soy muy feliz siendo física.
Después de estudiar física, durante muchos años trabajé en el Instituto de Física, pero en septiembre de 1984 mi padre se accidenta mientras realizaba trabajos de excavación en la zona maya de Bekán en Campeche, se rompe la columna vertebral y queda parapléjico. En ese momento me doy cuenta que mis dos hermanas podían ayudarlo porque son médicas, pero yo no podía hacer nada por él, y eso me angustió porque mi papá era mi mejor amigo, una persona muy amorosa y un ejemplo a seguir.
Mientras mi padre estaba en el hospital, al poco tiempo ocurre la explosión en San Juan Ixhuatepec, mejor conocido como San Juanico, luego estalla una guerra en Medio Oriente, entonces todos los medicamentos y el material médico que venían del extranjero los destinan a Medio Oriente, y a México no nos mandan nada.
Ante esta situación los médicos no tuvieron más remedio que amputar a los heridos de San Juanico, porque no había forma de ayudarlos y esto me angustió aún más. Era un entorno de carencias donde casi el 100% de los medicamentos, prótesis e implantes eran artículos importados.
Fue entonces cuando decidí dedicarme a los biomateriales, porque es física aplicada a ciencia de materiales e implica mucho más que física, además es muy satisfactorio sentirse útil, es una sensación que no experimenté antes. 

De lleno a los biomateriales

Los biomateriales son sustancias que sirven para sustituir, completar o reparar algún órgano o tejido vivo y sus funciones, pueden ser polímeros, cerámicos, metálicos y compuestos. La investigadora relata que el nacimiento de los biomateriales ocurrió durante la Segunda Guerra Mundial, cuando en la batalla algunos soldados eran heridos en el cuello, entonces para que pudieran respirar se les colocaban mangueras que de momento les permitían sobrevivir, pero al realizar movimientos no resistían y se destrozaban. Fue así como se inició la búsqueda de biomateriales cada vez más resistentes y biocompatibles con el cuerpo humano. 
Al principio fue difícil obtener apoyos, nadie entendía qué eran los biomateriales y tampoco sus implicaciones, en el Instituto de Investigaciones en Materiales y gracias al doctor Luis Enrique Sansores, quien en ese tiempo se desempeñaba como director, se inician investigaciones porque el doctor estaba interesado en que existiera una colaboración con alguna empresa, que hasta la fecha continúa;  y ahora llevo más de 20 años dedicándome a los biomateriales.
En la investigación y desarrollo de estos avances, la formación como física no fue suficiente para la doctora Cristina Piña, ya que a lo largo de estos 20 años tuvo que estudiar otras disciplinas como biología, histología y anatomía, que le permitieran entender cómo interacciona el material con el organismo.
Los biomateriales se implantan, esto implica que están expuestos, ya sea de forma temporal o permanente, a fluidos del cuerpo por lo que es necesario que los biomateriales sean biocompatibles, es decir, que el organismo no los rechace durante su funcionamiento, de lo contrario  pueden provocar inflamación, secreción, infecciones, coágulos, tumores, toxicidad y otros problemas en el organismo.  
Otra de las características de un biomaterial es ser biofuncional, ya que debe cumplir con la función para la que se creó, esta cualidad se encuentra ligada a la forma, el lugar y el método que se utiliza para implantar el material.
Para comprobar y garantizar la biocompatibilidad y la biofuncionalidad, se deben realizar una serie de pruebas fisicoquímicas y medicobiológicas. Las primeras permiten conocer la estructura molecular y las propiedades del material, para después optimizar su obtención y darle las características funcionales que se requieren.
Las pruebas medicobiológicas se dividen en “in vitro” e “in vivo”. Las pruebas “in vitro” se realizan en cultivos celulares de células humanas con las que se espera el material esté en contacto una vez que se encuentre en el organismo. Se utiliza para saber qué tan citotóxico es el material a probar, es decir, qué tan tóxico resulta para las células del cultivo; también se mide la genotoxicidad, para conocer las alteraciones genéticas en las células. 
Si el material pasa estas pruebas entonces se sigue con la experimentación “in vivo”, que se divide a su vez en preclínicas y clínicas, las primeras se llevan a cabo en animales, las ratas son las más utilizadas; luego se realiza en conejos y cerdos. Y finalmente se realizan las pruebas clínicas en humanos.
Estas pruebas resultan muy costosas, y en nuestro caso no contamos con el equipo necesario para realizar algunos de los experimentos, entonces nos vemos en la necesidad de recurrir a otros laboratorios dentro y fuera de la UNAM.
Además se necesita de un equipo multidisciplinario integrado por físicos, químicos, ingenieros, médicos, biólogos y veterinarios para abarcar todas las pruebas requeridas; otro factor es que estos experimentos requieren de varios años, pero actualmente ya se están desarrollando pruebas determinantes que se realizan en pocos meses y nos ahorran años de experimentación, sin necesidad de hacer pruebas en diferentes animales, pero por ahora tenemos que seguir haciéndolas. 

Un poco de hueso

Desde hace varios años en el Laboratorio de Biomateriales del Instituto de Investigaciones en Materiales, del que es responsable la doctora Cristina Piña, se han desarrollado biomateriales principalmente para sustituir hueso.
Trabajamos más de 15 años en realizar las pruebas de Nukbone, un biomaterial obtenido a partir del hueso de bovino, al que se le quita toda la parte orgánica que rodea la matriz ósea para evitar el rechazo del sistema inmunitario del paciente, y sólo se deja la matriz ósea que está formada por hidroxiapatita, un mineral de fosfato de calcio que se encuentra presente en dientes y huesos, y  les confiere una característica de dureza.
Nukbone se enlaza directamente con el hueso, se utiliza como recubrimiento de superficies metálicas para fijar prótesis ortopédicas y dentales. También sirve para sustituir la falta de hueso cuando es menor a cinco centímetros. Algunas de las presentaciones de Nukbone es en forma de polvo, gránulos, cubos, tornillos y esferas. 
Este biomaterial se produce en la pequeña empresa mexicana Biocriss, una sociedad anónima que formó un grupo de estudiantes e investigadores del IIM en el 2004. La empresa cuenta con los permisos de la Comisión Federal para la Protección contra Riesgos Sanitarios (Cofepris), que es el órgano encargado de controlar y vigilar los establecimientos de salud.
Biocriss tiene un cuerpo de ventas a hospitales, actualmente el 60% se vende a odontólogos;  hasta ahora se han realizado implantes de Nukbone a aproximadamente 20 mil personas en toda la República Mexicana, los implantes se hicieron en diferentes partes del cuerpo y no se presentaron casos de rechazo.

La historia de la whitlockita

Hace algunos meses, el Instituto de Investigaciones en Materiales obtuvo la patente para preparar una biocerámica basada en la molécula whitlockita-magnesio, un fosfato de calcio que gracias al magnesio se absorbe más rápido en el organismo y se fija en los huesos, y es útil para prevenir la osteoporosis. La innovación estuvo a cargo de la doctora María Cristina Piña.
La historia de esta patente empezó en el año 2000, cuando conocí al profesor holandés Ferdinand Driessens y a su esposa Trudy, ambos químicos. Driessens ya murió, pero desarrolló alrededor de 800 patentes en Europa.
En 2001 el matrimonio vino a México, Driessens se quedó maravillado de ver la dedicación con la que mis estudiantes trabajaban todo el día. Durante su estancia en México, trabajé con ellos y fue una grata experiencia porque realizamos un experimento que dio como resultado, la whitlockita-magnesio. La whitlockita es un fosfato de calcio que de forma natural se encuentra presente en algunas minas, pero no en las cantidades ni con la pureza que se requieren para uso médico. 
Ferdinand Driessens nos enseñó mucho sobre bioquímica, como por ejemplo que la whitlockita es una molécula que se puede metabolizar a través de reacciones químicas para que el organismo la asimile de una mejor forma. La whitlockita, es un fosfato de calcio que es soluble en los líquidos fisiológicos como la sangre, saliva, ácido estomacal y todo lo que se encuentra de forma líquida en el organismo; por lo tanto, la whitlockita se absorbe.
Cuando a la whitlockita le agregamos magnesio la absorción es más rápida. La aplicación de la patente consiste en la producción de cápsulas donde se incluyan la whitlockita-magnesio, entonces una vez que se ingiere la cápsula cuando llega al estómago se desbarata, y el tricalcio pasa al intestino, donde el organismo lo absorbe.
Si consideramos que los huesos son el mayor depósito de calcio, magnesio y fósforo en el cuerpo, lo que se espera es que una vez absorbido el tricalcio, éste llegue a los huesos y se pegue, el siguiente proceso es que se transforme en hidroxiapatita y ayude en la reparación de los huesos. Resulta más eficaz que si sólo se ingiere calcio, pero también es un tratamiento a largo plazo.
La solicitud de patente se entregó en el 2002 al Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI), la responsable de otorgar las patentes, pero fue hasta el 2010 cuando el IMPI se puso en contacto conmigo, porque al registrar una patente se deben aclarar las dudas que surjan durante el proceso de revisión, y así en 2011 nos otorgaron la patente. 
Aunque ya se cuenta con la patente para producir la whitlockita-magnesio, ahora se requiere de una gran inversión para contar con las instalaciones y el equipo necesario para su fabricación, porque es muy diferente hacerlo en el laboratorio que producirlo a nivel industrial. Como investigadora me encargo de desarrollar un producto y publicarlo, pero se requiere una empresa que lo fabrique a una escala mayor.
En México existen otros grupos de trabajo dedicados a la investigación en biomateriales, que se encuentran distribuidos en Chihuahua, Tijuana, Monterrey, Mérida, Guanajuato, Puebla, y el Distrito Federal, todos se quedan a nivel de publicación de resultados, sólo en el Instituto de Investigaciones en Materiales de la UNAM, producimos algunos de nuestros materiales en la empresa mexicana Biocriss. Sin embargo, es necesario que se otorguen más apoyos a la investigación y desarrollo de biomateriales porque en el país se requiere de una producción a gran escala, finalizó la doctora María Cristina Piña Barba.