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Investigadores IFAM de Bremen desarrollan implantes biodegradables que se degradan completamente en el seno del cuerpo

Menos cirugías con implantes degradables

Dr.-Ing Philipp Imgrund, Director de Tecnología Médica y Ciencias de la Vida del Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM20/02/2015
Hasta ahora, en los casos de fractura de huesos, los médicos venían utilizando implantes fabricados en acero y titanio, que tienen que retirarse tras la curación. Para evitar a los pacientes intervenciones molestas, los investigadores están trabajando en un sustituto del hueso que se degrade completamente en el cuerpo. Con este fin, se están utilizando combinaciones de metal y material cerámico.

No hay ninguna articulación en el cuerpo que tenga tanta movilidad como el hombro pero también es muy sensible y propensa a las lesiones, particularmente en el caso de los atletas. Entre los problemas más comunes están las roturas de tendones, que tienen que tratarse quirúrgicamente. Los cirujanos sujetan las fisuras empleando anclajes de sutura. Dichos implantes solían ser de titanio o de polímeros no degradables, con los inconvenientes de que o bien se quedan en el cuerpo después de que se haya producido la curación o bien los cirujanos tienen que retirarlos en una segunda intervención. Para evitar esto, investigadores del Instituto Fraunhofer de Tecnología de Fabricación y Materiales Avanzados IFAM de Bremen han desarrollado implantes biodegradables que se degradan completamente en el seno del cuerpo. En un primer paso se han utilizado técnicas de moldeo por inyección de polvo para fabricar un anclaje de sutura, disponible en formato de demostrador.

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Como puede observarse en la imagen, un anclaje de sutura hecha de fosfato de hierro-tricálcico (FE-TCP) es sólo ligeramente mayor que una cabeza de fósforo. Foto: Fraunhofer Institute.

El fosfato de calcio estimula el proceso de cicatrización del hueso

Con el implante, los tendones seccionados se pueden anclar al hueso hasta que hayan vuelto a crecer. Dado que la función del elemento de fijación concluye tras el proceso de cicatrización, deja de ser necesario en el cuerpo. Por supuesto, cuando se precisen implantes o prótesis con la máxima resistencia posible al desgaste —como una articulación artificial de cadera— las aleaciones metálicas como el titanio se continuarán utilizando. Pero hay otros requisitos para las placas, tornillos, pasadores y clavos que no deben permanecer en el cuerpo. En el proyecto ‘DegraLast’, el IFAM ha trabajado en colaboración con los Institutos Fraunhofer de Tecnología Láser ILT, Ingeniería Biomédica IBMT e Ingeniería y Biotecnología Interfacial IGB en el establecimiento de una plataforma de materiales y tecnología para producir implantes óseos degradables para uso en cirugía ortopédica y traumatología. Estos materiales son absorbidos gradualmente por el cuerpo a medida que se forma nuevo tejido óseo. Idealmente, el grado de degradación debe adaptarse al crecimiento óseo, de forma que la degradación del implante se sincronice con la formación de hueso. Por esta razón, los científicos están desarrollando materiales con una velocidad de degradación específicamente ajustable. El reto: los implantes tienen que permanecer mecánicamente estables durante todo el proceso de curación, con el fin de fijar el hueso en su sitio. Al mismo tiempo, no pueden tener efectos alergénicos ni causar inflamación. Los investigadores del IFAM esteán trabajando con compuestos metálicos y cerámicos. Un componente metálico basado en una aleación de hierro se combina con fosfato tricálcico beta (TCP) como componente cerámico. Las aleaciones de hierro se corroen lentamente y garantizan una alta resistencia mecánica, mientras que el elemento cerámico se descompone con rapidez, estimula el crecimiento óseo y contribuye al crecimiento intersticial del implante.

Para poder fabricar el compuesto los investigadores han optado por un proceso de moldeo por inyección de polvo, que ofrece la posibilidad de producir estructuras complejas en grandes cantidades y de forma rentable. Ciertas propiedades como la densidad y porosidad se pueden controlar selectivamente, lo cual es importante, dado que una alta densidad con baja porosidad da como resultado una alta resistencia mecánica. Otra ventaja: los materiales están disponibles en forma de polvo y se pueden mezclar en cualquier proporción antes del procesamiento. Pero ¿cuál es la proporción correcta? En experimentos de laboratorio, los investigadores han encontrado la composición óptima de materiales para los anclajes de sutura. El demostrador está compuesto por un 60% de hierro y un 40% de material cerámico. “Es importante determinar la cantidad adecuada de materiales cerámicos en función de la cantidad de polvo. Si la proporción es demasiado alta, el material resulta quebradizo. Por otra parte, el fosfato tricálcico acelera la degradación del implante”, dice Imgrund. Los investigadores han conseguido duplicar la velocidad de degradación de 120 a 240 micrómetros por año en el modelo de laboratorio. El cuerpo tardaría entre uno y dos años en absorber un anclaje de hombro.

Aunque los procesos de conformación como el moldeado por inyección de polvos están especialmente indicados para la fabricación en grandes cantidades de elementos de fijación para implantes estándar, se están utilizando métodos de fabricación adicionales para producir implantes individuales – por ejemplo, para sustitución ósea en el área del cráneo – o implantes con estructura porosa definida. Los investigadores de ILT que también están trabajando en el proyecto están fabricando implantes hechos de aleaciones de magnesio por medio del uso de la Fusión Selectiva por Láser (SLM). Para garantizar desde el primero momento la seguridad de los nuevos materiales compuestos, los investigadores del proyecto ‘DegraLast’ del IGB están estableciendo sistemas de pruebas in vitro basadas en células para el análisis de su crecimiento intersticial en el hueso. Los científicos del IBMT, a su vez, están trabajando en un sistema de monitorización en vivo que pueda supervisar y documentar la degradación de los implantes en el cuerpo humano.

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