domingo, 6 de agosto de 2006

Plástico y agujetas

Mucha agente identifica el ácido láctico como el causante de las llamadas agujetas, un punzante dolor muscular que aparece tras la realización de un esfuerzo acusado, y generalmente inusual, en el individuo que lo realiza. Así se nos ha enseñado durante años aunque la cosa no parece que esté tan clara. Lo que si está bien establecido es la razón de la aparición del acido láctico en nuestro organismos como consecuencia de ese ejercicio inusual.

Durante la generación de un esfuerzo, nuestro organismo quema el tantas veces mencionado en este blog “combustible biológico” o, lo que es lo mismo, glucosa, produciendo en esa combustión anhídrido carbónico (CO2) y agua. Pero como en toda combustión se necesita la presencia del oxígeno. Para conseguirlo durante el esfuerzo, el organismo necesita asegurarse una buena oxigenación. Si el esfuerzo es muy importante, o muy prolongado, o no estamos bien entrenados para ello, el aporte de oxígeno no es el adecuado y la glucosa no se quema eficientemente. En lugar de ello, en presencia de esa atmósfera deficitaria en oxígeno, la glucosa sufre una serie de reacciones químicas que mediante la formación de un intermedio, el ácido pirúvico, conduce finalmente a la formación de ácido láctico.

Podríamos seguir aquí considerando la reciente polémica sobre si ese ácido láctico puede llegar a cristalizar y ser el causante de las agujetas o no. El meollo de la cuestión parece estar en que la mayor parte del ácido láctico generado no está en forma de tal ácido sino en forma de lactato, con lo que su concentración real es baja y no daría lugar a suficientes agujas cristalinas como para hacernos ver las estrella. Pero estas trifulcas son cosa de fisiólogos y gentes similares y el Búho, que no pasa de ser un forofo polimérico, va a aprovechar esta entrada para, tras un inicio despistante, que seguirá por algunas líneas más, llevar, como siempre, el ascua a su sardina.

El ácido láctico es un alfa-hidroxiácido, representado por la molécula que veis aquí a la izquiersaa. El carbono que se ve en la parte inferior de la molécula y que está unido al -OH, al H, al grupo -CH3 y al otro carbono con su oxígeno (O) y su -OH, se llama un carbono cuaternario. Siempre que hay un carbono cuaternario en una molécula sencilla, existen los llamados isómeros quirales o enantiómeros de los que ya hemos hablado en otra entrada. Se trata de dos moléculas idénticas, una de las cuales es la imagen en un espejo de la otra. Pues bien, el ácido láctico es una molécula quiral y tiene dos isómeros quirales o enantiómeros, conocidos como ácido láctico L y ácido láctico D.

El ácido láctico normalmente presente en la naturaleza es el isómero L, generalmente producido mediante procesos de fermentación de sustratos ricos en glucosa, lactosa o polisacáridos y el concurso de bichitos como la bacteria Bacillus acidilacti. Como tal ácido láctico está presente en la leche y otros derivados lácteos y se usa también, en otros productos alimenticios, como sustancia capaz de regular el pH. Pero donde adquiere mucho mayor valor añadido es en el ámbito de la cosmética, donde junto con un primo, el ácido glicólico, se emplea para paliar el paso del tiempo en nuestro físico. Adecuadas pociones o incluso infiltraciones de estos alfa-hidroxi ácidos se venden como poderosos agentes antiarrugas, como potenciadores de mejores tonos y texturas de la piel, como protectores solares, etc. No voy a entrar demasiado en el tema. El mundo de la cosmética es un tema del que no me siento particularmente orgulloso como químico. No niego la capacidad investigadora de las grandes empresas del sector ni los logros conseguidos en muchos productos pero me parece que el mercado está desorbitado, los precios abusivos y, en cuanto a calidad para el consumidor, no es oro todo lo que reluce en un envase de alto diseño.

Vayamos a lo nuestro. El ácido láctico puede polimerizarse para dar lugar a una cadena que se denomina poliácido láctico (PLA), nombre que nunca me ha convencido porque lo que realmente se obtiene es un poliéster. La reacción en la que el ácido láctico da lugar al poliéster es una reacción complicada y el polímero resultante suele tener un bajo peso molecular, lo que lo hace poco recomendable para muchas aplicaciones. Sin embargo, hay una vía alternativa. A partir del ácido láctico es posible obtener la lactida que son dos unidades de ácido láctico unidas en un ciclo de seis miembros. Con adecuados catalizadores a base de derivados de estaño es posible abrir ese ciclo y generar el mismo polímero que con el ácido láctico sólo que, está vez, es posible llegar a pesos moleculares más altos y, por tanto, a materiales más interesantes.

Hasta hace poco tiempo, el PLA era un material poco relevante en términos económicos. Producido fundamentalmente a partir del isómero L, el PLLA resultante (ahora tiene una L más) había encontrado un cierto nicho en el mercado de las aplicaciones biomédicas como hilo de sutura, clavos empleados en la recomposición de fracturas óseas, como soporte de ciertos medicamentos administrados en forma de parches de dosificación controlada, etc. En todas esas aplicaciones, la biocompatibilidad del polímero (es decir, su no rechazo por parte del organismo humano) y su biodegradabilidad en el tiempo han sido los parámetros claves.

Y así, los clavos en cirugía traumatológica o las pequeñas prótesis a base de PLLA han resultado materiales muy interesantes. Cuando se trata de reparar una fractura, necesitamos sujetar las dos partes resultantes de la misma con algún dispositivo que asegure su contacto mientras ambas partes se pegan, como consecuencia de la regeneración del tejido óseo. El empleo de clavos metálicos tenía el problema de dejarlos allí permanentemente, con los problemas que un alojamiento prolongado tiene, o bien tener que realizar una nueva operación ulterior para eliminarlos una vez que han cumplido su misión. Con los clavos de PLLA la cosa es distinta. Se van biodegradando desde que son implantados pero están calculados para resistir mecánicamente el tiempo necesario para que se produzca la regeneración ósea. Posteriormente, van desapareciendo poco a poco sin causar problema alguno al organismo que los albergaba.

En el caso de los dispositivos de dosificación controlada, el PLLA y algunos copolímeros suyos se usan como soportes en los que se dispersa un principio activo o medicamento. Cuando el preparado resultante, ya en forma de parche o de dispositivo intradérmico, entra en contacto con el medio fisiológico de nuestro organismo, el PLLA se degrada de acuerdo a una cinética bastante bien establecida, liberando como consecuencia de ese proceso, el principio activo al que daba cobijo. De esta manera se consigue una concentración del principio activo bastante constante en el tiempo, frente a la ingestión habitual de medicamentos que produce picos de alta concentración (casi lindantes con límites peligrosos) y valles de baja concentración donde la eficacia del medicamento es casi nula.

El salto a la fama definitivo (eso parece) del PLA se ha producido en los primeros años de este siglo como consecuencia de un consorcio o joint-venture de dos empresas colosales. Cargill es una empresa que controla la mayor parte de la producción de maíz, tanto en USA como en otros países, así como el muchas otras semillas y productos (trigo, soja, caña de azúcar, etc.). De Dow Chemical no es necesario decir mucho. Casi todo el mundo la conoce como uno de los gigantes de la Química.

La idea del consorcio es tan simple como prometedora. El ácido láctico se puede producir a partir de materia prima de origen exclusivamente vegetal como maíz, azúcar o trigo (un mercado que Cargill conoce muy bien) mediante procesos fermentativos como el descrito líneas arriba. Dow tiene experiencia y medios para convertir el ácido láctico en lactida y ésta en polímeros de alto peso molecular. El proceso está basado, por tanto, en materias primas no ligadas al petróleo, completamente renovables y, finalmente, conduce a un material polimérico de biodegradabilidad contrastada, como hemos visto arriba, con lo que se cierra un ciclo completo de sostenibilidad.

La guinda del pastel ha venido de la mano de la quiralidad de la molécula del ácido láctico. Puesto que tenemos dos moléculas distintas de ácido láctico, los isómeros L y D, podemos meter en la cadena de polímero a uno y otro, preparando copolímeros de ambos con ordenaciones muy dispares. Ello ha dado lugar a toda una gama de polímeros de ácido láctico de muy diversas propiedades que están tratándose de abrir espacio en el mercado. La gama de productos se vende bajo el nombre comercial de NatureWorks. Estos materiales son plásticos que se pueden procesar por cualquier técnica, lo que permite obtener fibras, objetos de cualquier geometría, filmes para envasado, etc.

Como veis todo resulta muy atractivo y el consorcio Cargill-Dow tiene ya unos cuantos centros de producción por el mundo produciendo estos materiales. Y parece que el mercado de objetos con ellos fabricados también se está moviendo. A finales de mayo de 2006, la empresa Belu Natural Mineral Water lanzó al mercado con bombo y platillo lo que ellos denominaban “la primera botella de agua absolutamente biodegradable del mercado”, fabricada a partir de los polímeros NatureWorks antes mencionados. Veremos cómo les va. No soy del todo optimista. Hace más de veinte años, me enamoré de una idea muy similar. Por aquella época, Imperial Chemical Industries (ICI) comercializaba una gama de polímeros conocidos como polihidroxialcanoatos. Se trata también de poliésteres derivados de hidroxiácidos, sólo que el proceso para obtenerlos era todavía menos “químico” que en el caso del PLA. En este caso, ciertos microorganismos como el Alcaligenes Eutrophus son alimentados con sustratos ricos en glucosa. El bicho, rodeado de nutrientes por todos los lados, ahito de alimento pero previsor, se dedica a almacenar en su tejido celular un polímero que guarda como futura fuente de alimento para épocas de vacas flacas. Si una vez que tenemos a los bichos bien cebados nos los cepillamos y extraemos el polímero que contenían, tenemos un material plástico, de propiedades muy parecidas a las del PLA y, también, biodegradable. Una vez utilizado como plástico en nuestros usos se lo podemos poner como alimento a nuevas generaciones de Alcaligenes.

Como digo, la idea me enamoró y tres estudiantes de Doctorado me sufrieron durante años en mi intento de mejorar las propiedades de estos materiales para su uso en el ámbito del envase y embalaje. Mientras nosotros nos dedicábamos a lo nuestro, el mercado de esos materiales seguía sin crecer, ICI paso el negocio a una de sus Divisiones (Zeneca) para posteriormente vendérselo a Monsanto, donde sigue languideciendo desde entonces. Cuando leo noticias del PLA, no puedo dejar de acordarme del impacto que los alcanoatos me causaron y la sensación que tuve de que podían cambiar el mercado. Es verdad que nuestra dependencia del petróleo es ahora más preocupante que entonces y que hay una mayor conciencia social de la necesidad de explorar fuentes alternativas de materias primas para los plásticos que siempre vamos a necesitar. Pero, por ahora, en lo tocante al PLA me mantengo a la expectativa y me leo todas las noticias que me caen cerca sobre el consorcio Dow-Cargill. Y algunas de las más recientes no son, precisamente, muy tranquilizadoras.

No hay comentarios:

Datos personales

Boredom is the highest mental state, según Einstein. Pero, a veces, aburrirse cansa. Y por eso ando en esto, persiguiendo quimiofóbicos.