Las células de formación ósea favorecen diferentes diseños de implantes ortopédicos
Los implantes llenan el espacio que queda después de un traumatismo o resección de hueso enfermo y la topología de los diseños favorece la cicatrización ósea. La imagen destaca la topología de una estructura de tipo trabecular. Crédito: Universidad de Loughborough
Los nuevos dispositivos de implantes ortopédicos que promueven una curación más rápida y, en última instancia, reducen la tensión en el NHS podrían estar disponibles en el futuro gracias a una nueva investigación realizada por expertos en ingeniería de la Universidad de Loughborough que revela qué estructuras promueven mejor la curación ósea.
El estudio, dirigido por la Dra. Carmen Torres-Sanchez, lectora de fabricación de materiales multifuncionales, probó los diseños de implantes actualmente en uso y los comparó con diseños novedosos para comprender mejor las estructuras favorecidas por las células de construcción ósea.
Dr. Torres-Sanchez y su equipo de investigadores descubrieron que las células son sensibles a la ‘topología’, la forma en que se organizan las estructuras en un diseño, y esto se puede aprovechar para ayudar a que el tejido se cure más rápido.
El nuevo artículo, publicado en la revista Advanced Engineering Materials, incluso muestra que los investigadores pudieron acelerar la curación de los huesos haciendo ajustes en el diseño.
Dr. Torres-Sanchez espera que los hallazgos del estudio «vean una aplicación clínica en un futuro muy cercano para ayudar a los pacientes con traumatismos y cáncer de huesos».
El artículo también se ha incluido en una serie especial titulada «Mujeres en materiales de ingeniería, » alabando su importancia práctica.
Diseño de implantes y estudios previos
Los implantes ortopédicos son dispositivos médicos que se utilizan para reemplazar articulaciones faltantes o secciones de hueso, o para sostener un hueso dañado o enfermo.
En el cuerpo, los huesos contienen vacíos y poros, que ayudan a darle al hueso sus propiedades biológicas y mecánicas.
Los implantes buscan imitar esta estructura porosa en un intento por promover una curación e integración más rápidas. del implante en el cuerpo y reproducir las propiedades mecánicas del hueso, incluida su capacidad para resistir las fuerzas generadas por el movimiento.
En el estudio de la Dra. Torres-Sánchez se utilizaron dos nuevos tipos de diseños: superficie mínima triple periódica (TPMS) y estructuras de tipo trabecular.
El estudio es uno de los v muy pocos en todo el mundo que evalúen cómo la topología del diseño afecta el rendimiento biológico y mecánico al mismo tiempo.
Se utilizaron diferentes diseños en el estudio, que comprenden 2 estructuras tipo TPMS (primera y segunda desde la izquierda), 2 estructuras de tipo trabecular (tercera y cuarta desde la izquierda), y el típico Lattice actualmente utilizado como control (extremo derecho). Crédito: Universidad de Loughborough
Métodos de estudio
Dr. Torres-Sanchez y su equipo, en colaboración con los socios industriales Alloyed Ltd y Core Specialists Ltd, probaron las propiedades mecánicas de TPMS y estructuras de tipo trabecular mediante cubos de impresión 3D denominados «andamios» utilizando un material biocompatible como el titanio.
Las propiedades mecánicas de los andamios se probaron aplicando fuerzas que replican las cargas fisiológicas a las que estarían sujetos los implantes en el cuerpo, para averiguar si los nuevos diseños podrían soportarlas y en qué punto fallarían.
El rendimiento biológico de los diseños se evaluó agregando células precursoras de preosteoblastos a osteoblastos (células que construyen huesos) en el interior de los andamios para ver si las células podían evolucionar hacia materia mineral, que forma hueso.
Hallazgos
Los investigadores encontraron que las células prefieren la distribución más aleatoria de la porosidad, como la que se observa en los andamios trabeculares, ya que parecen ‘identificarlos como hogar’ cuando la estructura de los poros no está organizada.
Los investigadores pudieron ajustar el diseño de la ‘casa’ donde viven las células para acelerar la formación de materia mineral.
Sobre la importancia del estudio, comentó la Dra. Torres-Sánchez : «Los implantes exitosos de larga duración, aquellos que promueven una cicatrización más rápida, sin contratiempos como aflojamiento o infecciones, sin necesidad de segundas cirugías, son una obviedad para el NHS, para el paciente, para la sociedad.
» El paciente puede volver a hacer su vida normal antes, aliviando la carga de hospitales, fisioterapia, cuidadores y contribuyendo a una vida más sana, feliz y activa.
«Los ingenieros podemos contribuir a eso brindando diseños y andamios que promuevan la curación y ayuden a acelerar la recuperación del paciente, incluido el apoyo a la salud mental.
«Seguimos investigando para afinar los diseños, de modo que podamos encontrar evoluciones posteriores de estos andamios multifuncionales que son aún más atractivos para las células».
Dr. Torres-Sánchez agregó que es un «privilegio» que el artículo aparezca en la serie especial Mujeres en materiales de ingeniería y espera que «más niñas y mujeres se sientan atraídas por venir y trabajar en Diseño y Manufactura, un campo que generalmente es superado en número por hombres». .»
Explore más a fondo
La promesa de reparar huesos y tendones con materiales fabricados por el hombre Más información: Carmen Torres-Sanchez et al, Comparación de láminas de titanio comercialmente puras fundidas con láser selectivo Triple base periódica mínima Superficies y andamios basados en puntales tipo trabecular para ingeniería de tejidos, materiales de ingeniería avanzada (2021). DOI: 10.1002/adem.202100527 Proporcionado por la Universidad de Loughborough Cita: Las células de construcción ósea favorecen diferentes diseños de implantes ortopédicos (2022, 12 de enero) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/ 2022-01-bone-building-cells-favor-orthopaedic-implant.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.