Un equipo de investigación de Northwestern Engineering ha desarrollado una tinta de impresión 3-D que produce un implante de hueso sintético que rápidamente induce a la regeneración ósea y al crecimiento. Este material hiperelástico, cuya forma se puede personalizar fácilmente, podría algún día ser especialmente útil para el tratamiento de defectos óseos en niños.
La cirugía de implantación ósea nunca es un proceso fácil, pero es particularmente dolorosa y complicada para los niños. Tanto en adultos como en niños, a menudo el hueso se extrae de otra parte del cuerpo para reemplazar el hueso que falta, lo que puede llevar a otras complicaciones y dolor. A veces se utilizan implantes metálicos, pero esto no es una solución permanente para los niños en crecimiento.
“Los adultos tienen más opciones cuando se trata de implantes“, dijo Ramille N. Shah, que dirigió la investigación. “Los pacientes pediátricos no. Si se les hace un implante permanente, se tendrán que hacer más cirugías en el futuro a medida que van creciendo, lo que puede suponer enfrentarse a años de dificultades“.
Shah y su equipo pretenden cambiar la naturaleza de los implantes óseos, y sobre todo quieren ayudar a los pacientes pediátricos. Shah es una profesora asistente de Ciencia de los Materiales e Ingeniería en la Escuela McCormick de Ingeniería de la Universidad Northwestern y de la Cirugía en la Facultad Feinberg de Medicina de la Universidad Northwestern.
El nuevo estudio, que evalúa el material con células madre humanas y en modelos animales, se publicó el pasado 28 de septiembre en la revista Science Translational Medicine. Adam E. Jakus, estudiante postdoctoral en el laboratorio de Shah, es el primer autor del artículo.
El biomaterial impreso en 3 -D de Shah es una mezcla de hidroxiapatita (un mineral de calcio que se encuentra naturalmente en el hueso humano) y un polímero biocompatible y biodegradable que se utiliza en muchas aplicaciones médicas, incluyendo suturas. El material óseo hiperelástico de Shah muestra una gran promesa en modelos animales in vivo; este éxito radica en las propiedades únicas de la estructura impresa.
“La porosidad es muy importante cuando se trata de la regeneración de los tejidos, ya que se pretende que las células y los vasos sanguíneos se infiltren en el andamio“, dijo Shah. “Nuestra estructura 3-D tiene diferentes niveles de porosidad, lo que es ventajoso para sus propiedades físicas y biológicas“.
Mientras que se ha demostrado que la hidroxiapatita inducir a la regeneración ósea, también es notoriamente difícil de trabajar con ella. Los productos clínicos que utilizan hidroxiapatita u otros cerámicas de fosfato de calcio son duros y quebradizos. Para compensar esto, investigadores anteriores crearon estructuras compuestas en su mayoría de polímeros, pero esto blinda la actividad de la biocerámica. El biomaterial óseo de Shah, sin embargo, se compone de un 90 por ciento de hidroxiapatita y solo de un 10 por ciento de polímero y mantiene su elasticidad debido a la forma en que está diseñada e impresa su estructura. La alta concentración de hidroxiapatita crea un entorno que induce a una rápida regeneración ósea.
“Las células pueden percibir la hidroxiapatita y responder a su bioactividad“, dijo Shah. “Cuando se ponen células madre en nuestros andamios, se convierten en células óseas y empiezan a regular la expresión de los genes específicos de los huesos. Esto se da en ausencia de cualquier otra sustancia osteoinductora. Es sólo la interacción entre las células y el material “.
Eso no quiere decir que otras sustancias no puedan combinarse en la tinta. Dado que el proceso de impresión 3-D se lleva a cabo a temperatura ambiente, el equipo de Shah fue capaz de incorporar otros elementos, como antibióticos, en la tinta.
“Podemos incorporar antibióticos para reducir la posibilidad de infección después de la cirugía“, dijo Shah. “También podemos combinar la tinta con diferentes tipos de factores de crecimiento, si es necesario, para mejorar aún más la regeneración. Es realmente un material multifuncional“.
Una de las mayores ventajas, sin embargo, es que el producto final puede ser personalizado para el paciente. En las cirugías tradicionales de trasplante de médula, la médula – después de que se ha tomado de otra parte del cuerpo – tiene que adaptarse y moldearse para que se ajuste exactamente al área donde se necesita. Los médicos serían capaces de escanear el cuerpo del paciente e imprimir en 3-D un producto personalizado con el material sintético de Shah. Alternativamente, debido a sus propiedades mecánicas, el biomaterial puede también ser fácilmente recortado y cortado al tamaño y la forma deseada durante el procedimiento. Esto no sólo es más rápido, sino que también es menos doloroso en comparación con el uso de material de injerto.
Shah espera que algún día los hospitales puedan tener impresoras 3-D, con las que puedan imprimir implantes personalizados mientras el paciente espera.
“El plazo de entrega de un implante que está personalizado para un cliente podría ser de 24 horas“, dijo Shah. “Eso podría cambiar el mundo de la cirugía craneofacial y ortopédica, y mejorar los resultados del paciente“.
..Susana Calvo
