Este ‘ladrillo de hueso’ impreso en 3D podría transformar la forma en que tratamos las heridas por bombas: historia interna

Para miles de refugiados sirios que han sufrido terribles heridas por explosiones después de ser alcanzados por bombas de barril y otros dispositivos mortíferos en su guerra -Patria desgarrada, la única opción es la amputación. Cuando ve el daño que puede causar una lesión por explosión, es un shock para el sistema y es muy triste y molesto.

Se han lanzado bombas de barril durante el largo conflicto que ha desgarrado a Siria y ha causado una miseria y un dolor incalculables a tantos civiles inocentes. A principios de 2018, Amnistía Internacional informó que las bombas de barril habían matado a más de 11.000 civiles en Siria desde 2012, e hiriendo a muchos más.

La bomba de barril es un tipo de artefacto explosivo improvisado que, según la ONU, es ampliamente utilizado por la Fuerza Aérea Siria. Están hechos de grandes barriles de petróleo y, por lo general, están llenos de TNT, petróleo e incluso trozos de acero. Debido a la gran cantidad de explosivos que se pueden colocar en un barril, la explosión resultante puede ser devastadora.

Incluso si una persona sobrevive a una explosión de este tipo, sus extremidades corren el riesgo de sufrir una gran explosión, a menudo dentada. ruptura que, incluso en las mejores condiciones, sería un gran desafío para reparar. En un hospital totalmente equipado y de última generación, estos pacientes podrían acceder a una cirugía ortopédica experta y a muchos cuidados posteriores costosos.

Pero en un campo de refugiados, lejos de cualquier intervención quirúrgica sofisticada , este tipo de procedimientos complejos con implicaciones de atención y recuperación oportuna simplemente no son posibles. Por lo tanto, por el momento, la amputación es, lamentablemente, el resultado más probable en muchos de estos casos.

Muchas de estas lesiones que rompen los huesos son intratables debido al riesgo constante de infección por los procedimientos llevados a cabo en el campo y el colapso del sistema de salud. Era necesario inventar una forma más sencilla y económica de ayudar a estas personas, y mis colegas y yo creemos que hemos hecho precisamente eso.

Andrew Weightman y Paulo Bartolo en el laboratorio. Crédito: JillJennings/Universidad de Manchester, proporcionado por el autor

Nuestro tratamiento utiliza un «ladrillo de hueso» temporal impreso en 3D para llenar el vacío. Están hechos de materiales poliméricos y cerámicos y se pueden unir como un bloque de Lego para encajar perfectamente en cualquier espacio que haya sido creado por la lesión por explosión. Los ladrillos son degradables y permiten que crezca tejido nuevo a su alrededor. Esta estructura soportará la carga como un hueso normal, inducirá la formación de hueso nuevo y, durante este proceso, los ladrillos se disolverán. La idea es que el cirujano pueda abrir una bolsa de ladrillos y unirlos para que se ajusten a ese defecto en particular y promover el crecimiento óseo.

La solución ha tardado mucho en llegar y fue en gran medida la difícil situación de refugiados sirios que lo inspiraron. Tocó una fibra muy personal. Reconozco esa miseria y dolor y veo a mi yo más joven en los rostros de los niños. Nací y crecí en Mozambique en el sudeste de África en 1968. Fue en medio de la guerra de independencia y el país estaba en crisis.

Mi familia inevitablemente quedó atrapada en la década de conflicto que involucró a la comunidad portuguesa que vivía y trabajaba en Mozambique y el movimiento de resistencia Frelimo (Frente de Liberación de Mozambique) que buscaba la independencia y el autogobierno.

Era 1973 y eran tiempos peligrosos. Tenía unos cinco años y fue un período de mi vida muy aterrador y perturbador. Nos mudamos de un lado a otro del país cuando el trabajo de mi padre en la administración civil cambió y requería que nos mudáramos a la base del gobierno de Niassa en Vila Cabral (ahora Lichinga).

Un episodio sobresale vívidamente. Mi hermano de un año, José Manuel, y yo fuimos sacados de nuestra casa en Maragra y trasladados a un campo de refugiados en un área de Sudáfrica llamada Nelspruit, mientras tratábamos de escapar de la escalada de violencia. Estábamos a salvo, pero siempre estaba ansioso y asustado por la seguridad de nuestra familia.

Aunque solo estuvimos en el campamento alrededor de un mes antes de que nos transfirieran para comenzar una nueva vida en Portugal cuando tenía seis años, esa experiencia se quedó conmigo de por vida. Me dio un fuerte sentido de empatía por otros que están siendo desplazados por la guerra. Y eventualmente fortalecería mi compromiso de usar mi experiencia biomédica para tratar de hacer algo para ayudar a otros refugiados.

Lesiones por explosión y amputaciones

La primera vez que me dieron cuenta del impacto de las lesiones por explosión en el conflicto sirio fue cuando Amer Shoaib, cirujano ortopédico consultor de la enfermería Real de Manchester, vino a mi universidad para hablar sobre su experiencia y los problemas que enfrentaba al tratar estas lesiones en refugiados sirios.

Crédito: Paulo Bartolo

Shoaib es un experto en lesiones en las extremidades con experiencia de trabajo en la primera línea de varios conflictos y zonas de crisis como trabajador humanitario. Nos dijo que en Siria las secuelas de las lesiones por onda expansiva a veces eran intratables debido al riesgo constante de infección. El colapso del sistema de salud también ha llevado a que muchos tratamientos sean realizados por personas que, de hecho, no son médicos capacitados.

Shoaib trabajaba en campos de refugiados en Turquía y yo, junto con mis colegas de investigación de Manchester Andy Weightman y Glenn Cooper decidieron que necesitábamos ayudar y aplicar nuestra experiencia. Todos queríamos marcar la diferencia y continuamos nuestra discusión hasta bien entrada la noche. Esta conversación se convirtió en la idea de los «ladrillos de hueso».

Un cambio de juego

Mis propios intereses académicos incluyen la biofabricación para la ingeniería de tejidos. Esto implica la fabricación de huesos, nervios, cartílagos y piel mediante el uso de impresión 3D. La tecnología de impresión 3D ahora puede reproducir materiales biocompatibles y biodegradables que pueden usarse en el cuerpo humano.

Las técnicas de injerto actuales tienen varias limitaciones, incluido el riesgo de infección y transmisión de enfermedades. También son bastante costosos y presentan un alto riesgo de sufrir más lesiones y hemorragias graves. Este trabajo se centra en la creación de dispositivos ortopédicos o andamios que puedan permitir la regeneración de tejidos óseos para reparar fracturas.

Había estado ocupado respondiendo a las llamadas de los médicos para hacer que estas herramientas fueran más ágiles, de menor escala y receptivas a asistencia sanitaria más personalizada. Pero el desafío planteado por la situación siria cambió las reglas del juego: tuvimos que considerar otros factores nuevos, como hacer que los andamios sean aún más rentables y utilizables en entornos exigentes donde es muy difícil controlar la infección.

Parte de nuestra solución a estos desafíos fue utilizar tecnología de impresión 3D de costo relativamente bajo para crear ladrillos de hueso con una estructura porosa degradable en la que se puede inyectar una pasta especial para combatir infecciones. La prótesis de ladrillo óseo y la pasta evitarán infecciones, promoverán la regeneración ósea y crearán una unión ósea mecánicamente estable durante el período de cicatrización.

El desafío de crear esta prótesis pionera nos llevó a un viaje a Turquía en 2016, donde nos reunimos con académicos, cirujanos y empresas médicas. Estábamos convencidos de que nuestra nueva técnica propuesta podría mejorar drásticamente la respuesta médica a las lesiones en las extremidades que cambian la vida en las difíciles condiciones de estos campamentos. Estaba claro que nuestro proyecto debería centrarse en los pacientes de la comunidad de refugiados sirios en Turquía, donde han encontrado un refugio seguro frente a los horrores de la guerra.

Ladrillo de hueso con aumento x750. Crédito: Paulo Bartolo, proporcionado por el autor

Una vez que obtuvimos el respaldo del Global Challenges Research Fund (un fondo de 1500 millones proporcionado por el gobierno del Reino Unido para apoyar la investigación de vanguardia que aborda específicamente los desafíos que enfrentan los países en desarrollo), comenzamos a poner nuestro proyecto en marcha. Como primer paso, Weightman, Cooper y yo visitamos la Universidad de Sabanci en Estambul para reunirnos con nuestro principal colaborador allí, Bahattin Ko, quien nos presentó a un grupo de médicos que habían estado lidiando con los refugiados y sus lesiones de primera mano y pudieron compartir sus conocimiento. Sus experiencias nos dieron una idea de los desafíos del tratamiento de lesiones óseas graves en el campo.

Nuestros colaboradores en Turquía ayudaron a garantizar que dimos forma al diseño y las especificaciones de los ladrillos de hueso para que se ajusten lo más posible a las necesidades de los médicos de primera línea. Durante nuestra estadía en Estambul, recordamos constantemente el costo humano de la guerra civil siria. A menudo éramos testigos de grupos de familias desplazadas, incluidos niños, que habían huido del conflicto y buscaban refugio y la oportunidad de reconstruir sus vidas. Lo que habíamos visto en la televisión sobre Siria, con helicópteros arrojando bombas, se nos hizo evidente. Algunos de mis colegas tienen hijos de la misma edad que aquellos a quienes queremos ayudar y eso nos hizo aún más decididos a hacer algo.

Guerra en Siria

El conflicto sirio ha desplazado a alrededor de 3 millones de refugiados a Turquía, lo que representa alrededor del 4% de su población. Turquía brinda servicios de atención médica gratuitos a los sirios y, como tal, la carga para el sistema de atención médica es significativa, con 940 000 pacientes tratados, 780 000 operaciones y 20,2 millones de servicios ambulatorios ocupados solo entre 2011 y 2017.

El turco El gobierno dice que ha gastado más de 37.000 millones de dólares en acogida de refugiados sirios. Esperamos que nuestra innovación de ladrillos de hueso pueda contribuir a esta crisis, ayudando a mitigar los costos de atención médica de Turquía y también mejorar significativamente el costo humano de esta crisis.

Nuestro proyecto se centra en las lesiones óseas que a menudo son causadas por explosiones explosivas, que son lo suficientemente potentes como para arrojar a una persona muchos metros y destrozar cuerpos. Shoaib nos dijo una vez: «Si miras la forma en que la gente resultó herida hace 100 años, el 90 % eran militares y el 10 % eran civiles. Ahora es al revés».

Esto es ciertamente cierto. por la crisis siria donde miles de personas están sufriendo terribles heridas. Dado que casi 2 millones de personas han resultado heridas en la guerra civil siria, estimamos que 100.000 personas han sufrido grandes pérdidas óseas y de los heridos desde 2013 se han producido más de 30.000 amputaciones, lo que equivale a unas 7.500 al año. La amputación tiene complicaciones físicas asociadas, como infarto de miocardio, cicatrización lenta de heridas y el riesgo constante de infección.

Un ladrillo prototipo recién salido de la impresora 3D en la Universidad de Manchester. Crédito: Paulo Bartolo, proporcionado por el autor

Amputación catastrófica de extremidades

Las técnicas actuales de reparación ósea son complejas. Incluyen:

• La pierna o el brazo que se sujetan en un dispositivo o jaula de fijación de metal que permite que el tejido óseo de crecimiento lento se vuelva a conectar. Pero este proceso crea con frecuencia complicaciones causadas por alambres metálicos que atraviesan y cortan los tejidos blandos a medida que se extiende el marco para alargar el hueso. Es un largo y meticuloso.
• Colocación de un implante de alfiler o placa para estabilizar el espacio óseo y permitir que el tejido se vuelva a conectar. Este procedimiento requiere una cirugía compleja en centros especializados de excelencia y solo puede considerarse en casos extremos y seleccionados.
• Procedimientos de acortamiento óseo, donde se estimula la cicatrización mediante la eliminación del tejido óseo dañado. O existen formas de técnicas de injerto óseo que utilizan hueso trasplantado para reparar y reconstruir huesos dañados.

Y debe recordarse que la amputación traumática de una extremidad es una lesión catastrófica y un acto irreversible que tiene un impacto repentino y emocionalmente devastador en el paciente. Como consecuencia, esto no solo afecta la capacidad de una persona para ganarse la vida, sino que también genera problemas psicológicos muy graves para el paciente debido al estigma cultural asociado con la pérdida de una extremidad.

Las prótesis externas después de la amputación brindan a algunos una solución pero no son aptos para todos. Los estudios muestran que los costos de atención médica a largo plazo de la amputación son tres veces más altos que los tratados con la recuperación de la extremidad. Claramente, salvar una extremidad ofrece una mejor calidad de vida y capacidad funcional que la amputación y las prótesis externas.

Un ladrillo de hueso bajo el escaneo de microscopía electrónica. Crédito: Paolo Bartolo, proporcionado por el autor

Al igual que Lego

Con muchas lesiones por explosión, los defectos óseos son totalmente imposibles de curar. Lo que estamos haciendo es crear una estructura temporal usando ladrillos de hueso para llenar el hueco. Nuestro tratamiento utiliza andamios médicos, hechos de polímeros y materiales cerámicos, que se pueden unir como un ladrillo Lego, creando una estructura degradable que luego permite que crezca tejido nuevo.

También estamos desarrollando un software que permita al médico, en función de la información sobre el defecto óseo, seleccionar el número exacto de ladrillos óseos con la forma y el tamaño específicos e información sobre cómo ensamblarlos, tal como las instrucciones de Lego. Se completa la conexión entre el diseño de ladrillos de hueso y el sistema de impresión 3D. Ahora estamos en el proceso de integración con el software que vinculará el escaneo de información del área de la herida con la identificación del tipo correcto de ladrillos óseos y el mecanismo de ensamblaje.

Se almacena una pasta de cerámica antibiótica en un hueco en medio del ladrillo y es una forma muy práctica de combatir infecciones mientras la extremidad se repara y mejora enormemente las posibilidades de éxito.

La solución de ladrillos de hueso es mucho más rentable que los métodos de tratamiento actuales. Esperamos que nuestra solución para salvar extremidades sea inferior a 200 para una lesión por fractura típica de 100 mm. Esto es mucho más barato que las soluciones actuales, que pueden costar entre 270 y 1000 por una prótesis dependiendo del tipo que se necesite.

¿Cuándo se usarán en humanos?

Mi equipo y yo estamos entrando en las etapas finales de un proyecto de tres años. Nuestro equipo está formado por académicos y médicos de Manchester y Turquía, así como por un grupo de diez pacientes con lesiones óseas procedentes del Reino Unido, Turquía y Siria. Ya evaluamos el sistema de ladrillos óseos modulares en una simulación por computadora, creamos prototipos de los ladrillos óseos modulares utilizando tecnologías de impresión 3D en el laboratorio y realizamos pruebas in vitro (laboratorio) de caracterización mecánica y biológica de los ladrillos. A esto le seguirán pruebas in vivo (en animales) para preparar el dispositivo para la aprobación regulatoria y un camino hacia la implementación por parte de los médicos. Una vez que se completen todas estas etapas, el proyecto estará listo para probar en pacientes humanos.

La etapa final será traducir la investigación en la construcción de un dispositivo médico utilizable. Esto se llevará a cabo mediante un ensayo clínico de seguimiento en unos 20 pacientes con gran pérdida ósea, algunos de los cuales esperamos provengan de la comunidad de refugiados sirios. El proyecto estará sujeto a un estricto escrutinio ético y aprobación.

Esperamos que este proyecto conduzca a un mayor desarrollo de la atención médica de emergencia en el mundo en desarrollo y pueda traer esperanza a una comunidad de refugiados sirios en extrema necesidad mientras su país reconstruye Nuestra esperanza a largo plazo es que los ladrillos de hueso sean útiles, no solo en las crisis de refugiados, sino también en muchas otras situaciones de atención médica, como accidentes y desastres naturales, tanto en países en desarrollo como desarrollados. Por ejemplo, en el Reino Unido, alrededor de 2000 pacientes al año reciben tratamiento por fracturas graves que requieren reconstrucción quirúrgica por pérdida ósea.

Se estima que la carga para el servicio de salud en relación con las lesiones traumáticas graves supera los 500 millones. Además, la pérdida estimada de contribución a la economía debido a períodos prolongados de rehabilitación es de otros 3500 millones.

Creemos que el proyecto de ladrillos de hueso podría ayudar a aliviar algunas de esas cargas económicas y mejorar drásticamente la experiencia del paciente. Pero es la difícil situación de los refugiados sirios lo que continúa inspirando e informando este proyecto. Esperamos que, quizás dentro de cinco años, los ladrillos de hueso se utilicen en el campo en humanos, lo que finalmente brindará a los médicos y víctimas una alternativa a la amputación catastrófica de extremidades.

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Investigadores estudian cómo regenerar segmentos de huesos largos mediante impresión 3D Proporcionado por The Conversation

Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.

Cita: Este ‘ladrillo de hueso’ impreso en 3D podría transformar la forma en que tratamos las lesiones por bombas dentro de la historia (18 de junio de 2020) consultado el 31 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/ news/2020-06-d-bone-brick-injuries-story.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.