Las aplicaciones de la impresión 3D en la medicina se multiplican. En esta ocasión presentamos un nuevo avance en el tratamiento de fracturas que nos demuestra el potencial de esta tecnología. Con anterioridad, hemos hablado de la impresión 3D para planificar cirugías en pacientes con fracturas e incluso de la impresión 3D de soportes que ayudan a restaurar huesos gravemente dañados. El día de hoy hablaremos de un estudio en el que se utilizó el aprendizaje automático y la impresión 3D para crear nuevos materiales que podrían mejorar considerablemente el tratamiento de las fracturas.
Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign llevaron a cabo un nuevo estudio en el que integraron aprendizaje automático, optimización, impresión 3D y experimentos de tensión para desarrollar un material que imita las funcionalidades del hueso humano ayudando a la rehabilitación. Dependiendo del tipo de fractura, los tratamientos son diferentes, algunas veces solo se inmoviliza con una férula y en otras es necesario una intervención quirúrgica. En este último caso, la forma de tratar las fracturas suele consistir en colocar una placa de compresión con tornillos que a veces provocan dolores crónicos, afloje de tornillos y otras lesiones. Sin embargo, el avance del que hablamos hoy estaría a punto de acabar con este tipo de complicaciones.
El prototipo del nuevo material bioinspirado se fijó a un modelo sintético de fémur fracturado.
El estudio fue dirigido por Shelly Zhang, catedrática de ingeniería civil y medioambiental, y Yingqi Jia, estudiante de posgrado, en colaboración con Ke Liu, catedrático de la Universidad de Pekín. Inspirándose en la estructura irregular de materiales vivos, como la madera, la seda de araña, plumas de ave o los huesos humanos, imprimieron en 3D un nuevo material con una arquitectura específica. Para lograrlo, se estudió la arquitectura de distintos materiales vivos con estructuras irregulares y se puso especial atención a la forma en que distribuían la tensión. En efecto, la tensión es un punto clave en el tratamiento de las fracturas pues las sobrecargas pueden empeorar el estado del paciente o interrumpir su recuperación. Con los datos obtenidos, un optimizador de propiedades controló las variables de diseño, las microestructuras y propiedades para lograr la distribución de tensiones deseada que se materializó en una especie de soporte que se colocaría sobre la fractura aplicando la tensión necesaria para la cicatrización del hueso.
El resultado fue un nuevo material capaz distribuir de manera homogénea las tensiones. El nuevo material bioinspirado se creó siguiendo el proceso de impresión 3D MSLA, que cura la resina capa a capa con una fuente de luz ultravioleta enmascarada con una pantalla LCD. La impresión 3D permitió fabricar múltiples prototipos con dichas estructuras complejas haciéndolos más ligeros que con otros materiales convencionales en el tratamiento de fracturas. La catedrática Zhang declaró: «Disponer de un modelo tangible nos permitió realizar mediciones en el mundo real, probar su eficacia y confirmar que es posible cultivar un material sintético de forma análoga a como se construyen los sistemas biológicos. Prevemos que este trabajo ayude a construir materiales que estimulen la reparación ósea proporcionando un soporte optimizado y protección frente a fuerzas externas».
Sin duda, este avance abre numerosas posibilidades para mejorar tratamientos y no solo de fracturas. El método se podría aplicar para desarrollar otro tipo de implantes biológicos, así lo afirma Shelly Zhang: «El método en sí es bastante general y puede aplicarse a distintos tipos de materiales como metales, polímeros… prácticamente cualquier tipo de material», explicó. «La clave está en la geometría, la arquitectura local y las propiedades mecánicas correspondientes, lo que hace que las aplicaciones sean casi infinitas». Puedes encontrar el estudio completo aquí.
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*Créditos de todas las fotos: University of Illinois Urbana-Champaign