Aplicación del mes: un nuevo material de impresión 3D para crear injertos óseos
A medida que la investigación en materiales para impresión 3D avanza, cada vez surgen más proyectos innovadores en multitud de industrias. En esta ocasión, destacamos una aplicación médica relacionada con la fabricación aditiva y llevada a cabo por investigadores en la Universidad de Waterloo. El equipo ha creado un innovador material que imita las propiedades del tejido óseo y promete revolucionar el tratamiento de pacientes sometidos a cirugías reconstructivas y de reparación ósea. Este nuevo material, un nanocompuesto de biopolímeros, puede utilizarse en impresoras 3D de resina para fabricar injertos óseos personalizados, adaptados específicamente a las necesidades de cada paciente.
Actualmente, las reconstrucciones quirúrgicas mayores dependen de implantes de metal y hueso donado. Sin embargo, a menudo éstos no se ajustan perfectamente a la anatomía del paciente y pueden ser rechazados por el organismo receptor. Es por ello, que muchos centros médicos y hospitales están recurriendo a las nuevas tecnologías. La capacidad de este nuevo material para ser impreso en 3D ofrece una alternativa que podría reducir la necesidad de implantes metálicos, disminuir el riesgo de infecciones y mejorar la aceptación del injerto por parte del cuerpo del paciente.
La Dra. Maud Gorbet observando los osteoclastos (células que se comen el hueso y lo reabsorben) en un material nanocompuesto impreso en 3D.
Injertos óseos mejorados mediante impresión 3D
El material desarrollado por los investigadores incorpora nanopartículas que simulan la composición mineral del hueso, reforzando así el biopolímero. La meta final es que las células óseas del paciente crezcan y reemplacen el nanocompuesto con hueso nuevo, permitiendo que el material se elimine naturalmente del cuerpo. Elizabeth Diederichs, doctorada de Waterloo, explica: “Nuestro trabajo se centra actualmente en mejorar la solidez funcional de nuestro nanocompuesto de biopolímero como implante y su capacidad para ser sustituido por hueso vivo con el paso del tiempo. El objetivo es que este material reduzca la necesidad del paciente de someterse a operaciones repetidas tras someterse a una cirugía de reconstrucción ósea”.
Para ello, utilizaron la impresora 3D de resina Sonic XL 4K, del fabricante Phrozen. Basada en la tecnología mSLA (Masked Stereolithography Apparatus), esta máquina permitió crear modelos médicos con una altura de capa de 50 μm. Una vez terminado el proceso de fabricación, las piezas de biopolímero se enjuagaron con etanol y postratadas en una estación de curado UV. Con respecto a la técnica utilizada, los investigadores intentaron utilizar la impresión por extrusión (escritura directa de tinta), pero no obtuvieron los resultados deseados. Afirman que, en comparación con otros procesos de fabricación, la tecnología mSLA es mucho más rápida, permitiendo la producción de piezas con muchos menos defectos y una mayor fidelidad.
El equipo de investigación, de izquierda a derecha: Dr. Dibakar Mondal, Elizabeth Diederichs, Dra. Maud Gorbet y Dr. Thomas Willett.
Las pruebas iniciales de compatibilidad entre el hueso y las células se realizaron con éxito en colaboración con la Dra. Maud Gorbet, profesora de Ingeniería y directora del programa de licenciatura en ingeniería biomédica de Waterloo. “Cualquier material implantado en el cuerpo provoca una respuesta”, afirma Gorbet. “Nuestras pruebas demuestran que la respuesta biológica de las células óseas a nuestro nanocompuesto de biopolímero supera la de los métodos tradicionales. Se adhieren, proliferan y mantienen su comportamiento, lo cual es muy emocionante”.
Un futuro prometedor
Este avance forma parte de la iniciativa Health Futures de la Universidad de Waterloo, que busca mejorar la salud y el bienestar a través de avances tecnológicos, atención virtual y aplicaciones de datos sanitarios. Con este nuevo material, los investigadores siguen empujando los límites de la tecnología médica y, más concretamente, del potencial de la impresión 3D. El Dr. Thomas Willett, investigador principal, concluye: «Hemos creado un material resistente, imprimible en 3D y compatible con el potencial de convertirse en nuevo tejido óseo. Con esta tecnología, podemos conseguir la geometría específica del paciente necesaria para reconstruir defectos óseos con mayor éxito». El equipo ahora busca financiamiento para llevar a cabo ensayos adicionales y obtener las aprobaciones normativas necesarias para introducir esta tecnología en el ámbito clínico. A continuación te dejamos una tabla con la información más relevante de esta aplicación. Aún así, puedes obtener más información sobre la investigación, aquí.
Créditos: 3Dnatives
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*Créditos de todas las fotos: Universidad de Waterloo
