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El hueso, un desecho en la cocina y una oportunidad para la medicina

El hueso, un sistema complejo de tres matrices: orgánica, celular y mineral.

27-06-2022

Por Dorian F. Cañón Dávila, Cinvestav-Qro/Luis F. Zubieta Otero/Porfirio E. Martínez Muñoz, CFATA-UNAM y otros*


Para todos es claro que los huesos de los animales son un desecho en la cocina; incluso antaño se tenía la costumbre de dárselos a los perros como alimento.

En algunos casos específicos como los tuétanos, guardan valor comercial al ser apetecidos por comensales. Sin embargo, una vez consumida la médula, el resto del hueso es desechado y es precisamente esta parte no comestible la que es de sumo interés para la ciencia.

Su potencial valor en el área clínica radica en que dicha fase mineral del hueso es rica en hidroxiapatita (HAp), un compuesto altamente útil para la promoción de la regeneración ósea y el recubrimiento de prótesis metálicas.




¿De qué están formados los huesos? ¿De calcio?

Aunque popularmente se cree que el hueso está hecho de calcio,  no es del todo cierto, ya que es un material mucho más complejo.

El hueso se conforma de varios compuestos orgánicos e inorgánicos y agua. La matriz orgánica contiene principalmente fibras de colágeno, mientras que la fase inorgánica es rica en cristales de calcio y fósforo, pero, además, al ser reservorio de minerales, se puede encontrar magnesio, potasio, sodio, entre otros.

Estos componentes no se encuentran dispuestos al azar, sino que hacen parte de una jerarquía, organizados en amplias escalas de longitud: macro, micro y nanométrica.

La macroestructura corresponde a la disposición tridimensional que da lugar al hueso esponjoso y al cortical.

En la microestructura se encuentra la unidad básica del hueso cortical, la osteona, que consiste en un arreglo laminar de fibras de colágeno alrededor de una cavidad central denominado canal de Havers.

En estas cavidades se encuentran los nervios y vasos sanguíneos que permiten el intercambio de sustancias. Las lagunas también hacen parte de la microestructura del hueso y albergan osteocitos, que son células encargadas del mantenimiento óseo. Finalmente, los cristales de hidroxiapatita mineralizando las fibrillas de colágeno conforman la nanoestructura de los huesos.


 


¿A qué nos referimos con cristales? En este punto vale la pena aclarar que los cristales no guardan relación con los vidrios convencionales que todos conocemos, como por ejemplo las copas.

En ciencia de materiales, nos referimos a los cristales como aquellos materiales que cuentan con un ordenamiento tridimensional de largo alcance. Es decir, la hidroxiapatita (Ca5(PO4)3OH), que es el principal cristal de los huesos, se ordena en el espacio de manera atómica en forma de hexágonos que se orientan para soportar la carga del cuerpo con ayuda de los compuestos orgánicos.

Como ya mencionamos, los huesos son reservorios de minerales y por ello, cuando el organismo tiene requerimientos metabólicos de alguno de ellos, el hueso se degrada para liberarlos al torrente sanguíneo pudiendo causar problemas como osteopenia y osteoporosis. Por este motivo, es importante no solo cuidar la ingesta de calcio para tener huesos sanos, sino también la de otros minerales como magnesio, sodio y potasio.





Importancia de su aprovechamiento en México

México consume aproximadamente 7.3 millones de toneladas de carne al año, permaneciendo en la séptima posición a nivel mundial, según el compendio estadístico de la COMECARNE para el año 2021.

Esto se traduce en toneladas de huesos de los que se puede aislar y utilizar hidroxiapatita para su uso biomédico. Desde este punto de vista, México podría ser uno de sus mayores productores. Sin embargo, actualmente la mayoría de este producto es importado y su valor ronda los $3,000.00 MXN por gramo.

Este valor en el mercado es elevado si consideramos, como ejemplo, el caso de una intervención médica para un niño con paladar hendido, que requiere al menos 14-20 g de HAp, y a esto se le debe sumar los gastos de quirófanos y personal médico.

Por esta razón, uno de los grupos de investigación en Biocerámicos del Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada de la UNAM, liderado por los doctores  Mario Enrique Rodríguez García y  Sandra Milena Londoño Restrepo, viene realizando esfuerzos para obtener hidroxiapatita de igual o mejor calidad que la importada desde Europa y Estados Unidos con base en sus propiedades fisicoquímicas.

Aplicaciones

Se han desarrollado múltiples procesos para la obtención de HAp con tamaños micrométricos (>1 μm) y nanométricos (10-100 nm).  La HAp nanométrica permite una mayor integración ósea y mejores propiedades mecánicas al presentar homogeneidad química, mayor relación superficie-volumen y reactividad superficial.

Además, permite una mayor formación de tejido óseo en un periodo corto puesto que es un material biocompatible, bioactivo, osteoconductor y presenta capacidades de osteointegración.

También se  aplica en recubrimientos de implantes, materiales dentales, andamios (ingeniería tisular) y entrega controlada de fármacos, tales como antibióticos, enzimas, proteínas, hormonas, esteroides, aminoácidos, anticancerígenos, fenolíticos, entre otros.

Considerando su composición y estructura nanométrica y policristalina con estados de superficies incompletos, este biocerámico a su vez es usado para tratamiento de aguas residuales mediante la degradación fotocatalítica de componentes orgánicos tales como colorantes y pesticidas.

Hoy sabemos que la hidroxiapatita es un biocerámico que brinda al hueso propiedades mecánicas, fisicoquímicas y biológicas esenciales para la vida. Sin embargo, la constante investigación de este material y el entendimiento de la nanotecnología nos ha permitido abrir una gama de aplicaciones dentro y fuera de los organismos a través de este material, lo que lo convierte en un material sumamente interesante.

Es indispensable para México aprovechar de mejor manera un biorresiduo, como son los huesos, para la obtención de estos cristales multifuncionales de hidroxiapatita.


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*Los autores:

Dorian Fernanda Cañón Dávila, Cinvestav-Querétaro

Luis Fernando Zubieta Otero, Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada (CFATA-UNAM)

Porfirio Esaú Martínez Muñoz, CFATA-UNAM

Brandon Alexis Correa Piña, CFATA-UNAM

Edgar Alejandro Esquivel Fajardo, CFATA-UNAM

Sandra Milena Londoño Restrepo, CFATA-UNAM

Mario Enrique Rodríguez García, CFATA-UNAM


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