La conclusión de Robert J Harling en este artículo:
“La información disponible indica que el tantalio es altamente resistente al ataque químico y provoca muy poca respuesta biológica adversa, ya sea en forma reducida u oxidada. Muchos estudios demuestran una excelente biocompatibilidad en una variedad de situaciones, incluidas aquellas aplicaciones que involucran cirugía ósea.»

El tantalio se ha utilizado ampliamente en aplicaciones clínicas durante más de 50 años:

• como marcador radiográfico para fines de diagnóstico, debido a su alta densidad

• como el material de elección para la implantación permanente en el hueso, ya que la osteomigración evita la migración

• como clips vasculares, con la ventaja particular de que, dado que el tantalio no es ferromagnético, es muy adecuado para la exploración por resonancia magnética

• en la reparación de defectos craneales: existe un estándar de material médico de los Estados Unidos de América para el tántalo en esta solicitud

• como un stent flexible para prevenir el colapso arterial

• como un stent para tratar la estenosis fistular biliar y arteriovenosa (hemodializador)

• en reparación de fracturas • en aplicaciones dentales

• en otras aplicaciones diversas

La biocompatibilidad de tantalio

Por Robert J Harling BSc (Hons) CBiol, MIBiol, DipRCPath, MRCPath, Eurotox Toxicólogo registrado; Abril 2002 El Informe se reproduce con permiso y gracias a Danfoss Tantalum Technologies

INTRODUCCION

Este documento revisa la literatura que presenta información pertinente al tema de la biocompatibilidad del tantalio. La información proviene de la literatura científica, de estudios de extracción realizados por el Centro de Tecnología de Danfoss y de estudios de evaluación de superficie realizados por el Centro de Polímero de Dinamarca, Laboratorio Nacional de Risø, Dinamarca .

LITERATURA CIENTIFICA

(i) Propiedades físicas

El tantalio y sus aleaciones retienen propiedades mecánicas significativas de hasta 1000 dg. C. El tántalo es químicamente estable y se oxida en el aire a 300 dg. C, y tiene una excelente resistencia a la corrosión, siendo atacado solo por ácidos y álcalis fuertes que se hidrolizan para formar ácido fluorhídrico. Símbolo de tantalio Ta Número atómico 73 Peso atómico medio 180.95 Tabla periódica Agrupando VB junto con vanadio y niobio Densidad 16.6 g.cm3 Punto de fusión 3000 dg. C A pesar de ser un metal reactivo, (según la ubicación de la tabla periódica), el tantalio se considera un material noble en términos prácticos .

(ii) Respuesta material

Hay pocos datos publicados en relación con los estudios in vitro para predecir la degradación in vivo. El tantalio está cubierto por una película de óxido de tantalio de muy baja solubilidad, en un amplio rango de combinaciones de pH y pO2 que reflejan situaciones biológicas. La reacción de equilibrio de tantalio / óxido de tantalio es imposible de caracterizar directamente debido al poder protector del óxido. La liberación de corrosión in vivo es muy leve, no hay informes que indiquen concentraciones locales, sistémicas o remotas en el sitio relacionadas con la liberación de corrosión. La observación más habitual tanto en animales como en informes clínicos es la ausencia de corrosión visible o productos de corrosión. En un estudio específico de biocompatibilidad, Watari et al estudiaron el tantalio después de la implantación en el tejido subcutáneo de la región abdominal y en la médula ósea femoral de las ratas durante 2 o 4 semanas. No se detectó la disolución del metal en los tejidos blandos utilizando un microscopio analítico de exploración de rayos X (XSAM), y no se detectó la disolución del metal en el hueso utilizando procedimientos de mapeo de microanalizador elemental de sonda electrónica (EPMA). El estudio concluyó que el tantalio tenía una biocompatibilidad aceptable para su uso como biomaterial. Cuando es posible el movimiento entre el implante y el tejido, se ha observado una ligera decoloración en algunas ocasiones. Esto es similar a la situación que ocurre con titanio y aleaciones de titanio, y es posible secundaria a la eliminación de partículas de óxido. La ingesta de tántalo y óxido de tántalo produce niveles muy bajos de absorción de tántalo de los sistemas respiratorio o gastrointestinal, nuevamente un reflejo de la baja solubilidad del material. El tantalio se elimina rápidamente de los pulmones, las vías respiratorias y el esófago tanto en animales como en humanos en ausencia de enfermedad respiratoria .

(iii) Respuesta del anfitrion

(iii) Las partículas de tantalio (de 10 a 50 micrómetros) y el titanio puro no causan inhibición del crecimiento en cultivos de fibroblastos dérmicos humanos. Otros estudios agrupan el tantalio con otros metales y aleaciones, incluidos el acero inoxidable y el titanio puro, en relación con la falta de efectos biológicos. Es difícil encontrar datos estándar relacionados con los efectos toxicológicos del tantalio. Las referencias indican que no se conoce ninguna enfermedad humana que sea atribuible al tantalio, que se desconocen los envenenamientos sistémicos en situaciones industriales y que el tantalio y los compuestos de tantalio no se enumeran como presuntos o posibles carcinógenos. La LD50 oral para el pentóxido de tantalio en ratas se cita en una referencia como mayor de 8 g / kg de peso corporal. Cuando se inyectó tántalo marcado en modelos animales, solo se retiene el 15% dentro del cuerpo, y el saldo se excreta rápidamente. Cuarenta por ciento de lo que se retiene dentro del cuerpo se retiene dentro del hueso .

Cuando el tantalio se implanta como una lámina, alambre o malla en tejidos blandos, ya sea en animales o humanos, la respuesta local principal del tejido es la formación de una membrana delgada y brillante sin evidencia de inflamación. Esta respuesta se ha caracterizado por tejido fibroso suelto y vascularizado con, en algunos casos, la presencia de un epitelio en contacto con el implante. En el trabajo de Crochet et al., La comprensión de los procesos patológicos después de la implantación de stents de tantalio en la arteria femoral de las ovejas proporciona evidencia adicional de la buena biocompatibilidad que muestran los productos a base de tantalio. Durante los primeros cuatro días después de la implantación se observó una cubierta por throbi no organizado. A los quince días, la hiperplasia neointimal cubrió completamente el segmento arterial con stent. Este tejido fibroblástico no mostró reacción de cuerpo extraño. A los 42 días, el colágeno y las células miofibroblásticas habían reemplazado progresivamente el tejido fibroblástico indicativo de un proceso de curación. Se observa una respuesta similar con titanio puro, aleaciones de titanio, circonio, niobio y platino tras la implantación. En un estudio específico de biocompatibilidad, Watari et al estudiaron el tantalio después de la implantación en el tejido subcutáneo de la región abdominal y en la médula ósea femoral de las ratas durante 2 o 4 semanas. No se observó respuesta inflamatoria alrededor de los implantes y todos fueron encapsulados con tejido conectivo fibroso delgado. El estudio concluyó que el tantalio tiene suficiente biocompatibilidad para su uso como biomaterial.

Los primeros estudios informaron abscesos después de la aposición cerebral de tántalo en humanos, sin embargo, la infección debe considerarse como una razón potencial en lugar de una respuesta tisular al material implantado. Además, algunos de los primeros estudios clínicos tienen que ser cuestionados debido a la fuente, la pureza, la limpieza preoperatoria y los procesos de esterilización utilizados para el tantalio implantado. Cuando se implanta como papel de aluminio, alambre, varilla o bola, hay varios informes de que el tántalo puede ser osteointegrado. Es decir, se observa una aposición directa del hueso contra el implante sin una capa o cápsula de tejido blando que intervenga. Se ha sugerido que la razón de esto es que, como el titanio, el tántalo tiene un óxido superficial eléctricamente no conductor que no desnaturaliza las proteínas y, por lo tanto, permite la osteointegración. El trabajo que respalda este concepto es presentado por Zitter et al., Quienes describen un sistema in vitro para medir las densidades actuales de metales utilizados en implantes. Estas mediciones producen resultados que concuerdan con los resultados de los estudios de biocompatibilidad in vivo. En sus estudios, los metales puros como el titanio, el niobio y el tantalio mostraron los valores de densidad de corriente más bajos, lo que se correlaciona con estos materiales que tienen una alta biocompatibilidad. La razón citada para estos materiales que tienen bajas densidades de corriente es la presencia de una capa de óxido estable en los metales básicos. La capa de óxido estable evita el intercambio de electrones y, por lo tanto, cualquier reacción redox. Por lo tanto, los materiales son bio-inertes. Bobyn et al (1) utilizaron implantes cilíndricos de tántalo que eran porosos de 75 a 80%, en un estudio de 52 semanas en perros donde fueron implantados en el fémur. El crecimiento óseo se demostró claramente en el estudio con una alta fuerza de fijación que se produjo en un momento anterior con los implantes de tantalio poroso. El informe no proporciona ninguna indicación de reacciones adversas durante los procedimientos utilizados. El trabajo con tántalo tratado con álcali y calor por Kato et al describe la capacidad de unión ósea del tántalo en estudios con conejos, y en su estudio no se observaron efectos histológicos indicativos de una reacción adversa a los implantes. Bobyn et al (2) estudian la respuesta del tejido óseo a un biomaterial de tantalio implantado en perros con artroplastias bilaterales de cadera. Se observó un buen crecimiento óseo con el tantalio poroso y el examen histopatológico confirmó la biocompatibilidad de los implantes. El trabajo in vitro realizado por Sharma et al demostró que la presencia de la capa de óxido en el tántalo mejora la adsorción de proteínas en la interfaz. Se usó una mezcla de proteínas en los estudios y estos incluyeron albúmina, globulina y fibrinógeno. La adsorción de proteínas en la superficie, en lugar de la desnaturalización de proteínas, será una de las razones de los buenos resultados de biocompatibilidad con los implantes de tantalio.

(iv) Respuestas clinicas

El tantalio se ha utilizado ampliamente en aplicaciones clínicas durante más de 50 años: • como marcador radiográfico para fines de diagnóstico, debido a su alta densidad • como el material de elección para la implantación permanente en el hueso, ya que la osteomigración evita la migración • como clips vasculares, con la ventaja particular de que, dado que el tantalio no es ferromagnético, es muy adecuado para la exploración por resonancia magnética • en la reparación de defectos craneales: existe un estándar de material médico de los Estados Unidos de América para el tántalo en esta solicitud • como un stent flexible para prevenir el colapso arterial • como un stent para tratar la estenosis fistular biliar y arteriovenosa (hemodializador) • en reparación de fracturas • en aplicaciones dentales • en otras aplicaciones diversas Aronson y cols. Llevaron a cabo un estudio específico de marcadores de tantalio en radiografía con implantes de marcadores esféricos y pin en tejidos óseos y blandos de conejos y niños. No se observó reacción macroscópica alrededor de los marcadores, los implantados en el hueso se fijaron firmemente exhibiendo un contacto cercano con las láminas óseas adyacentes. El examen microscópico en conejos no mostró reacción o fibrosis leve en el hueso y fibrosis leve, pero no hubo respuesta inflamatoria mínima o solo después de 6 semanas. En los niños, no hubo reacción inflamatoria y solo una ligera fibrosis estuvo presente hasta 48 semanas después de la inserción. La bio-inercia del tántalo se comentó en la conclusión del artículo .

CONCLUSION

La información disponible indica que el tantalio es altamente resistente al ataque químico y provoca muy poca respuesta biológica adversa, ya sea en forma reducida u oxidada. Muchos estudios demuestran una excelente biocompatibilidad en una variedad de situaciones, incluidas aquellas aplicaciones que involucran cirugía ósea. Los metales recubiertos con tántalo y el mismo tantalio no liberan nada en los medios de extracción durante los procedimientos estandarizados, y el análisis de la superficie muestra perfiles de impurezas bajos. Si el tántalo utilizado en la fabricación de los dispositivos médicos propuestos cumple con los criterios de pureza, no hay razón para realizar más estudios de biocompatibilidad en animales. Este informe preparado por: Fecha: abril de 2002 Robert J Harling BSc (Hons) CBiol, MIBiol, DipRCPath, MRCPath, Eurotox Toxicólogo registrado

REFERENCIAS

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