Impresoras de chorro de tinta pueden fabricar prótesis de huesos humanos
Reproducen la porosidad ósea, facilitando el riego sanguíneo que asegura la vida de los huesos
Investigadores canadienses y alemanes han puesto a punto una tecnología que permite fabricar prótesis óseas que son idénticas a los huesos humanos. La fabricación se consigue mediante una impresora 3D de chorro de tinta que reproduce una imagen tridimensional del hueso obtenida con escáner. La prótesis de material cerámico se obtiene mediante impresión de sucesivas capas, como en una foto a color, y reproduce exactamente la porosidad ósea que permite el crecimiento de capilares sanguíneos necesarios para la vida del hueso. La cerámica empleada es soluble, por lo que se disuelve lentamente en el cuerpo humano y es sustituida con el tiempo por huesos vivos. En diez años esta tecnología podrá generalizarse en la práctica médica. Por Vanessa Marsh.
Modelos de prótesis fabricadas con una impresora
Los huesos humanos ya pueden ser reparados con un ordenador y una impresora 3D de chorro de tinta, según un nuevo método desarrollado por tres investigadores, dos canadienses y tres alemanes, sobre el que publican un artículo en la revista Advanced Materials, del que se ha publicado asimismo una información adicional.
Tal como explica al respecto el periódico Le Devoir, esta técnica permite crear implantes óseos perfectamente adaptados a la anatomía del paciente con una duración muy superior a los implantes actuales.
El procedimiento para conseguir estos implantes es el siguiente: primero se obtiene mediante escáner una foto tridimensional del esqueleto del paciente y se integra en la memoria del ordenador. Este ordenador está conectado a una impresora de chorro de tinta técnicamente manipulada que, por ello, no funciona como las demás impresoras de su género.
En realidad, esta impresora suelta un ácido, en vez de tinta, sobre una película de polvo de cemento con el cual reacciona para producir un objeto cerámico que calca la forma del hueso a reconstruir.
De esta forma, un hueso dañado puede ser reproducido en su forma original mediante la impresión de capas sucesivas, tal como ocurre con la impresión a color en una impresora de chorro de tinta. La superposición de estas múltiples capas de 0,1 milímetros de espesor es la que permite reproducir la forma y la arquitectura interna del hueso con una gran precisión.
Porosidad original
Esta técnica consigue controlar la porosidad del material, es decir, la geometría de los microcanales de los huesos, que es determinada por el ordenador a partir de la imagen del hueso original obtenido mediante escáner tridimensional. Con esta información de referencia, el ordenador da las instrucciones oportunas a la impresora.
Según sus artífices, con este procedimiento se pueden crear canales óseos de un milímetro de diámetro que ayudan a la implantación de los vasos sanguíneos. Estos vasos tienen la misión de llevar a las células óseas presentes en estos microcanales el oxígeno y los nutrientes que necesitan para generar tejido óseo y mantener el hueso con vida. Sin este acceso directo a la sangre, sería imposible obtener hueso.
Esta capacidad de reproducir la porosidad exacta de los huesos humanos es una de las mayores proezas de esta tecnología, ya que es la que permite el crecimiento de capilares sanguíneos necesarios para la vida del hueso.
Ventaja comparativa
Esta característica supone una significativa ventaja sobre otros sistemas de impresión sobre materiales, como el coral o las cerámicas porosas, que se utilizan actualmente en las prótesis óseas pero que sólo permiten una porosidad aleatoria.
El cemento cerámico emplea cristales de Brushita. Los cementos de Brushita se preparan mezclando fosfato tricálcico-beta, monofosfato cálcico y piro fosfato sódico con una solución ácida. Una técnica para crear estos cementos ha sido desarrollada por la Universidad Complutense de Madrid.
El cemento de Brushita empleado por los canadienses endurece la temperatura de la pieza, al contrario de lo que ocurre con las cerámicas corrientes, que deben ser calentadas para ser sólidas. En estos casos, el calor modifica la regularidad de su porosidad y los poros se conectan de forma aleatoria, lo que perjudica su adaptación al esqueleto una vez implantada, al no poder recibir adecuadamente el riego sanguíneo.
Otra ventaja de la Brushita es que es soluble, por lo que se disuelve lentamente en el cuerpo humano y es sustituida por huesos vivos producidos por las células óseas presentes en los microcanales de los poros de la prótesis.
Para grandes traumatismos
Esta tecnología será de gran utilidad para los grandes traumatismos, como los ocasionados por graves accidentes de tráfico, explosiones o incendios, que suponen por la general la pérdida de una masa considerable de material óseo.
Aunque esta tecnología tardará todavía al menos diez años en estar disponible para la práctica médica, cuando pueda realmente reconstruir un hueso desaparecido como consecuencia de una fractura evitará una segunda operación, muy dolorosa, a través de la cual los traumatólogos extraen el materia óseo necesario para el injerto de los huesos iliacos.
Otra ventaja es que esta tecnología permitirá reconstruir dientes desaparecidos y evitar el recurso a huesos de cadáveres para injertos, que tienen el peligro de transmitir infecciones al receptor.
Impresora específica
De todas formas, para conseguir esta tecnología no sirve cualquier impresora de chorro de tinta. Los investigadores han utilizado una impresora 3D de la empresa norteamericana Z-Corporation que ya se emplea para la fabricación de prototipos tridimensionales de polímeros superpuestos en capas muy delgadas.
Con esta tecnlogía se confirma el creciente uso de la impresora como herramienta médica. Hace un año, Virginie Gauvreau y Gaétan Laroche, investigadores del Hospital de San Francisco de Asís, utilizaron asimismo una impresora estándar para crear patrones de péptidos que sirven para estudiar el fenómeno de rechazo en los implantes de prótesis arteriales, señala la Universidad de Laval en un comunicado.
Tal como explica al respecto el periódico Le Devoir, esta técnica permite crear implantes óseos perfectamente adaptados a la anatomía del paciente con una duración muy superior a los implantes actuales.
El procedimiento para conseguir estos implantes es el siguiente: primero se obtiene mediante escáner una foto tridimensional del esqueleto del paciente y se integra en la memoria del ordenador. Este ordenador está conectado a una impresora de chorro de tinta técnicamente manipulada que, por ello, no funciona como las demás impresoras de su género.
En realidad, esta impresora suelta un ácido, en vez de tinta, sobre una película de polvo de cemento con el cual reacciona para producir un objeto cerámico que calca la forma del hueso a reconstruir.
De esta forma, un hueso dañado puede ser reproducido en su forma original mediante la impresión de capas sucesivas, tal como ocurre con la impresión a color en una impresora de chorro de tinta. La superposición de estas múltiples capas de 0,1 milímetros de espesor es la que permite reproducir la forma y la arquitectura interna del hueso con una gran precisión.
Porosidad original
Esta técnica consigue controlar la porosidad del material, es decir, la geometría de los microcanales de los huesos, que es determinada por el ordenador a partir de la imagen del hueso original obtenido mediante escáner tridimensional. Con esta información de referencia, el ordenador da las instrucciones oportunas a la impresora.
Según sus artífices, con este procedimiento se pueden crear canales óseos de un milímetro de diámetro que ayudan a la implantación de los vasos sanguíneos. Estos vasos tienen la misión de llevar a las células óseas presentes en estos microcanales el oxígeno y los nutrientes que necesitan para generar tejido óseo y mantener el hueso con vida. Sin este acceso directo a la sangre, sería imposible obtener hueso.
Esta capacidad de reproducir la porosidad exacta de los huesos humanos es una de las mayores proezas de esta tecnología, ya que es la que permite el crecimiento de capilares sanguíneos necesarios para la vida del hueso.
Ventaja comparativa
Esta característica supone una significativa ventaja sobre otros sistemas de impresión sobre materiales, como el coral o las cerámicas porosas, que se utilizan actualmente en las prótesis óseas pero que sólo permiten una porosidad aleatoria.
El cemento cerámico emplea cristales de Brushita. Los cementos de Brushita se preparan mezclando fosfato tricálcico-beta, monofosfato cálcico y piro fosfato sódico con una solución ácida. Una técnica para crear estos cementos ha sido desarrollada por la Universidad Complutense de Madrid.
El cemento de Brushita empleado por los canadienses endurece la temperatura de la pieza, al contrario de lo que ocurre con las cerámicas corrientes, que deben ser calentadas para ser sólidas. En estos casos, el calor modifica la regularidad de su porosidad y los poros se conectan de forma aleatoria, lo que perjudica su adaptación al esqueleto una vez implantada, al no poder recibir adecuadamente el riego sanguíneo.
Otra ventaja de la Brushita es que es soluble, por lo que se disuelve lentamente en el cuerpo humano y es sustituida por huesos vivos producidos por las células óseas presentes en los microcanales de los poros de la prótesis.
Para grandes traumatismos
Esta tecnología será de gran utilidad para los grandes traumatismos, como los ocasionados por graves accidentes de tráfico, explosiones o incendios, que suponen por la general la pérdida de una masa considerable de material óseo.
Aunque esta tecnología tardará todavía al menos diez años en estar disponible para la práctica médica, cuando pueda realmente reconstruir un hueso desaparecido como consecuencia de una fractura evitará una segunda operación, muy dolorosa, a través de la cual los traumatólogos extraen el materia óseo necesario para el injerto de los huesos iliacos.
Otra ventaja es que esta tecnología permitirá reconstruir dientes desaparecidos y evitar el recurso a huesos de cadáveres para injertos, que tienen el peligro de transmitir infecciones al receptor.
Impresora específica
De todas formas, para conseguir esta tecnología no sirve cualquier impresora de chorro de tinta. Los investigadores han utilizado una impresora 3D de la empresa norteamericana Z-Corporation que ya se emplea para la fabricación de prototipos tridimensionales de polímeros superpuestos en capas muy delgadas.
Con esta tecnlogía se confirma el creciente uso de la impresora como herramienta médica. Hace un año, Virginie Gauvreau y Gaétan Laroche, investigadores del Hospital de San Francisco de Asís, utilizaron asimismo una impresora estándar para crear patrones de péptidos que sirven para estudiar el fenómeno de rechazo en los implantes de prótesis arteriales, señala la Universidad de Laval en un comunicado.
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