El objetivo del CINN es salvar el hueco entre la investigación científica de calidad y la pre-industrialización de productos y componentes.

Ramón Torrecillas, director del Centro de Investigación en Nanomateriales y Nanotecnología (CINN)

El Centro de Investigación de Nanomateriales y Nanotecnología (CINN) de Oviedo, creado en 2007, combina la investigación interdisciplinar de alta calidad y competitiva a nivel internacional con las actividades de demostración científico-tecnológicas. Su director, el profesor Ramón Torrecillas, nos desvela las últimas patentes desarrolladas por sus equipos de trabajo, incidiendo especialmente en aquellas que afectan a la Odontología actual.

El Centro de Investigación de Nanomateriales y Nanotecnología (CINN) es un centro mixto de investigación que surgió como consecuencia de la iniciativa institucional del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), el Gobierno del Principado de Asturias y la Universidad de Oviedo, capital donde se ubica. Estas tres instituciones aportan, tanto financiación, como el equipamiento científico y el personal. De todo ello nos habla en profundidad su director, Ramón Torrecillas.

—¿Con qué presupuesto cuenta el CINN para investigar?
—Nuestro presupuesto ordinario se compone de tres aportaciones de 70.000 euros por parte de las instituciones que participan en este centro mixto: CSIC, Universidad de Oviedo y Principado de Asturias. Sin embargo, la aportación de la Universidad se realiza en especies, es decir, justificando el gasto realizado en la Universidad por los equipos de investigadores que están integrados en el CINN. Evidentemente este presupuesto no es para investigar sino para mantener en funcionamiento el centro a nivel de servicios básicos. El presupuesto para investigar fluctúa de año en año y depende de nuestra mayor o menor capacidad para captar financiación.

—¿Qué otras fuentes de financiación o ingresos posee el CINN?
—Al igual que otros centros, el presupuesto ordinario no contempla las tareas de investigación por lo que acudimos a dos vías distintas de financiación. Por un lado, privada, mediante la realización de proyectos de investigación con empresas que requieren nuestra colaboración en el desarrollo de nuevos productos principalmente, o bien, acudiendo de forma competitiva a los distintos instrumentos de las administraciones a nivel regional, nacional o internacional. Somos activos en la realización de investigación dentro del marco europeo, en este caso el H2020.

—¿Hay algún desarrollo o patente del CINN que haya sido especialmente trascendental en el ámbito odontológico?
—Sí, en estos momentos tenemos dos patentes que protegen temas candentes en el campo odontológico. Por un lado, tenemos un nuevo material vitrocerámico que ha demostrado gran eficacia en la lucha contra la enfermedad periodontal al inhibir el crecimiento de biofilm y, por otro lado, ser el constituyente ideal para el desarrollo de nuevos sustitutos óseos que, combinados con las señales adecuadas, nos permiten presentar propiedades de osteoconducción, osteoinducción e incluso osteogénesis muy interesantes. Hemos realizado ensayos in vivo en perros beagle a los que se les ha inducido la enfermedad periodontal después de colocar un recubrimiento de este biovidrio en el pilar y hemos reducido drásticamente la pérdida de hueso alrededor de los implantes. En esta línea, estamos desarrollando productos, tanto para la prevención de la enfermedad periodontal en dientes naturales como para el tratamiento preventivo de la periimplantitis para aquellos pacientes que requieren implantes y sufren de enfermedad periodontal.

Y la segunda patente que tenemos protegida a nivel mundial es un nanocomposite para la fabricación de una nueva generación de implantes dentales con propiedades biológicas y mecánicas muy superiores a las soluciones cerámicas presentes en el mercado, pero con la ventaja añadida de que, en conjunción con la patente anterior, supondrá la solución más avanzada para la lucha contra la periimplantitis, algo que como todos sabemos supone el mayor reto en el campo de la Odontología actual.

—La Medicina Regenerativa persigue la recuperación o sustitución de tejido óseo mediante biomateriales, ¿cuáles son los últimos avances en este ámbito?
—El campo de los biomateriales para la Medicina Regenerativa está en constante evolución. La búsqueda del scaffold perfecto que ejerza una función estructural durante la regeneración del tejido para posteriormente alcanzar una reabsorción completa sigue abierta. Los avances en este tipo de productos se han centrado fundamentalmente en innovaciones en el tipo de biomaterial y así, en el caso concreto de los sustitutos óseos, estos se pueden dividir fundamentalmente en dos tipos de productos: los basados en fosfatos cálcicos que imitan la composición de la parte inorgánica del hueso natural y los basados en biovidrios con los que se busca aumentar la tasa de reabsorción del biomaterial.

Los últimos avances en el ámbito de los biomateriales para Medicina Regenerativa están teniendo muy en cuenta el hecho de que el material deberá ejercer su función en un entorno biológico, por lo que es necesario potenciar en todo lo posible la respuesta del organismo receptor que favorezca su integración. Para ello, existe un conjunto de productos biológicos como serían las proteínas, factores de crecimiento, etc., que se están utilizando como herramientas de biofuncionalización de los materiales sintéticos que actúan como vías de comunicación con el entorno biológico favoreciendo la osteointegración e incluso la angiogénesis. Un paso más allá en esta estrategia sería la utilización de células madre, lo que permitiría la personalización desde un punto de vista biológico del material sintético para cada paciente.

Ramón Torrecillas, director del Centro de Investigación en Nanomateriales y Nanotecnología (CINN).
Ramón Torrecillas, director del Centro de Investigación en Nanomateriales y Nanotecnología (CINN).

—En esta línea, recientemente el CINN ha presentado un estudio sobre vidrios bioactivos contra las infecciones dentales ¿Nos puede explicar en qué consiste este biomaterial y cómo contribuye a evitar la colonización bacteriana y el progreso de la infección periimplantaria?
—La actividad antimicrobiana de esta nueva familia de vidrios ha sido ampliamente probada en los últimos años por nuestro grupo investigador. Cuando las partículas de vidrio interaccionan con la membrana del microorganismo, se produce una despolarización de la misma lo que conduce a su total eliminación. Este hecho está fuertemente relacionado con la lixiviación de iones (Ca2+Zn2+) a la interfase vidrio-membrana. Esto confiere una gran flexibilidad para el diseño de vidrios biocidas como recubrimientos de diferentes tipos de substratos (cerámica, cerámica-metal) para futuros implantes dentales. Las enfermedades periodontales tienen una naturaleza inflamatoria e infecciosa. Así como en los dientes, los implantes son superficies ideales para la colonización bacteriana y la formación de biofilms, se ha demostrado que este tipo de vidrios son capaces de reducir la capacidad de las bacterias para formar biofilm en la superficie del biomaterial mediante la neutralización de la adhesión a la superficie del implante. Actúan desde el primer estadio del desarrollo de biofilm, inhibiendo la adhesión y proliferación bacteriana. Por otro lado, un material ideal para el tratamiento de infecciones no debería presentar solamente propiedades bactericidas, sino que también debe mostrar una excelente biocompatibilidad. En el caso de estos vidrios, se cumple también este requisito. Presentan nula toxicidad lo que les hace perfectamente compatibles con los seres vivos y con el medio ambiente.

—En algunas ponencias usted ha afirmado que el grafeno influirá notablemente en nuestras vidas. ¿Qué aplicaciones tiene este material?
—El grafeno es un material que ha despertado enormes expectativas debido a sus excelentes propiedades mecánicas, eléctricas o térmicas. Además, es un material biocompatible por lo que uno de los campos en los que la investigación con este material está siendo más intensiva es en las aplicaciones biomédicas. Como ocurre con todo material nuevo que se descubre, su aprovechamiento pasa por diferentes fases, comenzando con la caracterización completa del mismo para conocer sus principales propiedades y, a partir del análisis de las mismas, la identificación de aquellas potenciales aplicaciones en las que el material puede aportar soluciones. Si bien en estos momentos los desarrollos que se están realizando basados en el grafeno están en fase de investigación, es cierto que las posibilidades que se vislumbran a este material son muy prometedoras en muchas y muy variadas aplicaciones, que abarcan desde el sector biomédico, la electrónica flexible o las baterías, como elemento de refuerzo de otros materiales o como aditivo de alta conductividad eléctrica, entre otras.

—¿Qué propiedades y características tiene este material en el ámbito odontológico?
—Tal y como mencionaba anteriormente, la primera propiedad que cumple el grafeno y que resulta imprescindible para su utilización en el ámbito odontológico es que se trata de un material biocompatible, al ser un material constituido únicamente por carbono. La familia de materiales que cumplen este requisito no es muy amplia, por lo que el simple hecho de disponer de un material más para buscar soluciones en el sector ya es bien recibido de por sí.

Entrando en detalle en las propiedades que hacen interesante este material en el ámbito odontológico, está ampliamente descrito en la literatura el carácter antimicrobiano del óxido de grafeno, por lo que este material puede ser utilizado con el fin de prevenir o tratar infecciones. Por otro lado, se conocen estudios que han demostrado el efecto beneficioso que puede suponer la aplicación de descargas eléctricas en la regeneración ósea. En este sentido, el grafeno puede ser el componente ideal a la hora de desarrollar materiales conductores de la electricidad con los que diseñar dispositivos para dicha finalidad. Por último, existen estudios preliminares enfocados a la obtención de rellenos dentales basados en el grafeno. En este caso, la propiedad más interesante del grafeno es su gran resistencia a la corrosión.

—¿Qué otros materiales cree usted que marcarán un hito en el sector dental?
—En los últimos años se aprecia una clara evolución en la estrategia para desarrollar nuevos biomateriales en general, y para el sector dental en particular. Así, se ha pasado de un escenario en el que al material sintético tan solo se le exigía que fuera bioinerte, al actual, en el que se pretende simular tanto como sea posible el comportamiento del material natural a sustituir. Para ello, ha sido necesario comprender cuáles son las propiedades que hacen que los materiales naturales consigan reunir un conjunto de funcionalidades excepcional, lo que muchas veces reside en su organización en la multiescala o en su composición, sin olvidar el hecho de que estos materiales se encuentran en un entorno biológico.

Se sabe que resulta imposible conseguir la multifuncionalidad requerida con un único material por lo que la solución pasa por el desarrollo de materiales híbridos, tanto a nivel de composición como de escala, combinando componentes inorgánicos/orgánicos, incorporando productos biológicos y con un diseño microestructural adecuado. A nivel de propiedades estructurales, como las que se requieren en el caso de los implantes o pilares, los materiales nanoestructurados o nanocomposites abren la puerta a la utilización de materiales cerámicos para esta aplicación, los cuales son mucho más compatibles desde el punto de vista químico con el cuerpo humano que los metales, al tiempo que mejoran las propiedades estéticas. Por último, en el campo de los sustitutos óseos, el material ideal sería aquel que tuviese la resistencia mecánica suficiente para soportar las cargas a las que estará sometido inicialmente, promoviese la osteointegración y se reabsorbiese completamente y de manera sincronizada con la generación de nuevo hueso. Los nuevos biovidrios biofuncionalizados con productos biológicos son la opción más prometedora en este campo.

—¿Qué papel tiene la industria en la investigación sobre materiales y nanotecnologías?
—La investigación sobre materiales y nanotecnologías tiene por objetivo solucionar los problemas que existen con las tecnologías actuales. Teniendo en cuenta que la industria es quien mejor conoce dichos problemas, se puede decir que su primer papel es el de actuar como motor que promueve y orienta dichas investigaciones. Por otro lado, la industria también actúa como canalizador de los resultados de estas investigaciones para el aprovechamiento por parte de la sociedad mediante la comercialización de los mismos en forma de productos. En este punto, se pueden distinguir dos tipos de empresas: por un lado, las que incorporan tanto nanotecnologías como materiales, una vez desarrollados en sus procesos productivos y, por otro lado, las que desarrollan sus propias soluciones. Generalmente las empresas del segundo tipo suelen ser spin-off o start-up.

Desde el CINN se trabaja en la fabricación de una nueva generación de implantes.
Desde el CINN se trabaja en la fabricación de una nueva generación de implantes.

—¿En qué posición se encuentra España en cuanto a la investigación sobre nanomateriales y nanotecnología?
—La Unión Europea lidera a nivel mundial la inversión en investigación en nanomateriales y nanotecnología. Sin embargo, esa inversión no siempre se ve reflejada en nuevos productos en el mercado. Esto se debe a que la separación que existe entre el conocimiento y el mercado es grande por lo que invertir más cantidad no siempre es sinónimo de mejores resultados. En España, la inversión es más reducida que en los países de su entorno, pero, a pesar de ello, tiene un nivel altamente competitivo internacionalmente en el campo de los nanomateriales y la nanotecnología.

Esto se explica porque los resultados no dependen únicamente de la cantidad de dinero que se invierte, sino de cómo se invierte y de cómo se aprovecha por parte de los investigadores.

—¿Qué puesto ocupa el CINN como organismo investigador?
—El CINN es un centro pequeño que cuenta con pocos investigadores en su plantilla, pero que resulta un tanto particular tanto a nivel nacional como internacional, por el hecho de que sus objetivos no solo se centran en una investigación de excelencia sino que, siendo un centro de investigación, tiene por objetivo salvar el hueco existente entre la investigación científica de calidad y la pre-industrialización en forma de productos y componentes que realmente puedan resultar atractivos al tejido industrial en un contexto global. Para ello, el centro dedica un importante esfuerzo a la generación y puesta en marcha de iniciativas público-privadas que permitan una estrecha colaboración entre investigadores del centro y de empresas tecnológicamente avanzadas en actividades de demostración científico-tecnológica en espacios de colaboración equipados al efecto y potencia la creación de empresas de base tecnológica. El CINN participa a nivel internacional en iniciativas tanto de investigación como empresariales siendo conscientes de que su capacidad está limitada por su tamaño.

Investigación en Odontología

En el CINN están desarrollando varias líneas de investigación relacionadas con la Odontología, en colaboración con el Instituto de Cirugía Oral Avanzada (ICOA), dirigido por el Dr. Roberto López Píriz. «Durante los últimos años, –explica Ramón Torrecillas–, también hemos trabajado en el desarrollo de cerámicas de óxido de circonio para la fabricación de estructuras mediante la tecnología CAD-CAM. De hecho, hemos licenciado una patente que tenemos en el CSIC a la empresa Bioker Research (una spin off de nuestro centro de investigación) para la fabricación de discos de óxido de circonio con una vasta gama de colores, basándose en un procedimiento coloidal en el que se dopa con diversos iones a nivel atómico la estructura del óxido de circonio generándose el color durante el proceso de sinterización. Por otro lado, se obtienen unas propiedades de traslucidez y mecánicas increíbles por lo que creemos que esta empresa ofrece hoy al mercado, posiblemente, la mejor oferta en este campo, lo que se demuestra por el fuerte incremento en ventas que se está produciendo».

Respecto a la colaboración con el ICOA «desarrollamos productos muy variados, desde nuevos rellenos antimicrobianos para empastes, tratamientos preventivos de la periodontitis y, sobre todo, nuevos sustitutos óseos reabsorbibles e implantes dirigidos a pacientes con enfermedad periodontal», destaca.

Recortes en la inversión

Los recortes de financiación en el ámbito de la investigación sufridos en los últimos años han supuesto una limitación a la hora de desarrollar las diferentes líneas de estudio del CINN. «La reducción en los recursos disponibles y la canalización de los mismos de manera prioritaria, a través de la colaboración con empresas, han hecho que se concentrasen los esfuerzos de investigación en proyectos de carácter más aplicado. Si bien este primer análisis se podría considerar como positivo en el corto plazo, ya que ha obligado a seleccionar aquellas líneas de trabajo que pueden tener un retorno más rápido, a nivel de aprovechamiento industrial de los resultados, hay que tener en cuenta que esta estrategia ha mermado de manera drástica el desarrollo de ciencia básica, que a la postre es la vía de generación de conocimiento para el continuo avance de las investigaciones», destaca Ramón Torrecillas.

El efecto de los recortes ha sido especialmente significativo en la disminución de las tesis doctorales desarrolladas por la ausencia de herramientas para la incorporación de nuevos investigadores al sistema. «El desarrollo de tesis doctorales es el ámbito ideal para adquirir un conocimiento más completo y sólido en una temática concreta, por lo que las consecuencias de esta reducción serán más apreciables a medio y largo plazo», puntualiza.