Cada año se realizan más de cuatro millones de procedimientos de injertos óseos y reemplazo de huesos en todo el mundo, una cifra que se incrementará de manera muy importante en las próximas décadas debido al aumento de la esperanza de vida. En España, actualmente se colocan unas 35,000 prótesis de cadera anualmente.
La Comunidad de Madrid trabaja en un estudio para crear injertos óseos más fuertes, duraderos y económicos que permitan reducir el número de intervenciones quirúrgicas y mejorar así la calidad de vida de los pacientes.
El proyecto M3TiAM, liderado por el Instituto Madrileño de Estudios Avanzados (IMDEA) Materiales, investiga herramientas computacionales innovadoras para predecir el efecto de los tratamientos térmicos aplicados a implantes de aleación de titanio impresos en 3D.
Como informan desde el centro público, este procedimiento de fabricación ofrece distintas ventajas frente a los tradicionales implantes óseos metálicos. “Las piezas coinciden de manera más precisa con la geometría de los huesos. Sin embargo, con la tecnología actual de impresión, estas piezas pueden sufrir microdefectos que reducen su funcionalidad y su vida útil, provocando incluso que tengan que ser reemplazadas con nuevas operaciones”.
Complejidad técnica
“Lo que hemos visto es que con la tecnología actual de impresión 3D, especialmente con la fusión selectiva por láser (SLM), las microestructuras de las piezas producidas son, en muchos casos, excesivamente frágiles”, señala el Dr. Adrián Boccardo, investigador principal del proyecto.
“El material comúnmente sufrirá microdefectos que afectan al material a nivel atómico. Uno de los defectos más prevalentes es el alto nivel de microporosidad, que reduce la vida útil del implante”, añade Boccardo. “Con el tiempo, estos defectos afectarán la funcionalidad de la pieza hasta el punto en el que necesite ser reemplazada quirúrgicamente, un procedimiento altamente invasivo que puede causar problemas de salud adicionales”.
Para sortear esta problemática, la investigación se centra en la identificación de los tratamientos térmicos más adecuados para aplicarlos a los implantes tras su fabricación. Este proceso permite reajustar las aleaciones metálicas y que se utilizan comúnmente en piezas impresas en 3D para mejorar sus propiedades mecánicas. El objetivo es obtener implantes que se diseñen y fabriquen más rápido y a menor coste, lo que finalmente los hará más asequibles y accesibles para los pacientes.
Multiplicar la eficiencia
Los modelos computacionales para simular los efectos de las distintas opciones de tratamientos térmicos, que están siendo desarrollados por el Dr. Boccardo, conducirán a una reducción en la dependencia de costosos enfoques experimentales de prueba y error.
Cualquier nuevo proceso de fabricación aditiva que surja del proyecto M3TiAM enfrentará un largo proceso de aprobación regulatoria y el típicamente complicado camino hacia la adopción industrial. Sin embargo, el Dr. Boccardo es positivo y espera que los pacientes comiencen a ver el impacto real de la tecnología de implantes mejorados en los próximos 5-10 años.
“Soy optimista porque las técnicas de fabricación aditiva con las que estamos trabajando ahora son bastante comunes”, afirma. “Al mismo tiempo, las técnicas computacionales que estamos utilizando son habituales. Así que no estamos reinventando la rueda. El desafío aquí es combinar estas dos tecnologías ya establecidas de una manera que no se haya hecho antes y donde podamos lograr los mejores resultados”.
Potencia global
La Comunidad de Madrid cuenta además con una de las investigadoras más prometedoras en el campo de los implantes óseos personalizados. Se trata de Alba González Álvarez, Premio Nacional de Diseño 2022, quien lidera un proyecto Marie Curie CONEX-Plus en la Universidad Carlos III de Madrid.
"Algún día podremos fabricar estructuras de materiales biológicos combinando células y biomateriales que repliquen tejidos como los de los órganos", explicaba en una entrevista con este periódico. Recientemente, González Álvarez ganó el TCT WI3DP Innovator Award 2023, un reconocimiento internacional a la innovación en la industria de la impresión 3D.
Recuperar el corazón
Por otro lado, IMDEA Materiales investiga cómo desarrollar tejido que tenga el potencial de mejorar la recuperación de las personas que han sufrido un ataque cardiaco. El instituto es parte del proyecto Cardioboost-CM, cuyo foco está situado en la capacidad de las células madre obtenidas de los músculos de la mandíbula para convertirse en cardiomiocitos, las más comunes del corazón.
El estudio está coordinado por el Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC), donde analizan diferentes estrategias para generar células cardíacas mediante bioingeniería y posteriormente probar su capacidad regenerativa.
Cardioboost-CM tiene como objetivo crear plataformas basadas en biomateriales que puedan apoyar esa transformación, mediante el uso de sustratos y geles con microestructuras capaces de regular y dirigir el comportamiento celular y la formación de tejidos.
De la mandíbula al corazón
La muestra de la mandíbula del paciente que haya ingresado con un infarto agudo de miocardio es fácil de obtener mediante una biopsia mínimamente invasiva. “El desarrollo de esta investigación podría ser clave en el impulso de terapias para regenerar el órgano vital del sistema circulatorio que se ha visto dañado, de manera que podría salvar la vida de los afectados”, apuntan los investigadores.
Junto a los profesionales de IMDEA Materiales, las doctoras Jennifer Patterson y Viktorija Sevostianova y el doctor Pedro Navarrete, participan también las universidades Complutense y Autónoma de Madrid, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y el CNIC
