Huesos artificiales: lo último en impresión tridimensional
Tabla de contenido:
- Ayudando a niños
- Los ingredientes correctos
- Un producto versátil
- Importante en la cabeza, cirugías faciales
- Reemplazos personalizados
Los científicos tienen algunas noticias interesantes sobre los avances en los "repuestos humanos". "
Pronto es posible reemplazar los huesos humanos dañados por huesos sintéticos y personalizados creados en una impresora 3D.
AdvertisementAdvertisementEste hueso "hiperelástico" se producirá con una "tinta" hecha de un calcio natural que se encuentra en el hueso humano.
En un avance significativo sobre los métodos actuales, los científicos dicen que los huesos impresos a medida podrían inducir rápidamente la regeneración y el crecimiento óseo.
Eso podría hacer que los procedimientos médicos sean más efectivos, menos dolorosos y más duraderos.
AnuncioLas aplicaciones podrían incluir la reparación de lesiones craneofaciales, dentales, espinales y otras lesiones de huesos y medicina deportiva.
Científicos de la Universidad Northwestern publicaron sus hallazgos el mes pasado en la revista Science Translational Medicine.
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Ayudando a niños
Ramille Shah, Ph. D., quien dirigió el equipo de investigación, es profesora asistente de ciencia de los materiales e ingeniería en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern, y profesora asistente de cirugía en la Escuela de Medicina Feinberg de Northwestern.
Shah describe el hueso hiperelástico como "un biomaterial altamente versátil, libre de factor de crecimiento, osteoregenerativo, escalable y quirúrgicamente amigable". "
Los científicos crearon hueso hiperelástico para realizar una fusión espinal en una rata y reparar un defecto del cráneo en un mono rhesus. Los ensayos en animales continuarán.
Shah y su equipo creen que los ensayos en humanos de su hueso sintético podrían comenzar dentro de cinco años.
AdvertisementAdvertisementShah, quien dirige el Laboratorio de fabricación aditiva y ingeniería de Shah Tissue en Northwestern, dijo en una entrevista en Healthline que el objetivo de su equipo de científicos y clínicos era "desarrollar un biomaterial imprimible tridimensional para tejido óseo". regeneración en niños. "
Los pacientes pediátricos que sufren de defectos óseos por trauma o nacimiento podrían beneficiarse significativamente de esta tecnología.
"El uso actual de los cirujanos de materiales para los defectos craneofaciales son placas y tornillos metálicos, y polímeros, pero no degradados, para el trabajo facial", dijo Shah. "La forma principal ahora es extraer trozos de hueso de las costillas o caderas del paciente y hacer un 'autoinjerto': dale forma a las piezas para que se ajusten al espacio del defecto que quieren remodelar. Pero este método puede causar problemas en otras partes del cuerpo. Los injertos automáticos se usan especialmente con niños, porque no desea utilizar "cuerpos extraños" en pacientes pediátricos. "
AnuncioLa cirugía de implantación ósea es dolorosa y complicada para los niños, dijo. La recolección de hueso para un autoinjerto puede provocar otras complicaciones y dolor.Los implantes metálicos a veces se usan, pero esto no es una solución permanente para los niños en crecimiento.
"Los adultos tienen más opciones cuando se trata de implantes", dijo Shah. "Los pacientes pediátricos no. Si les das un implante permanente, tienes que hacer más cirugías en el futuro a medida que crecen. Podrían enfrentar años de dificultad. "
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Los ingredientes correctos
El componente óseo natural es fundamental para el éxito.
El componente principal del biomaterial de Shah es la hidroxiapatita, un fosfato de calcio que es el principal elemento estructural (90 por ciento en peso) del hueso vertebrado natural.
AnuncioShah y sus colegas mezclan 90 por ciento de hidroxiapatita con 10 por ciento de polímero médico biocompatible y biodegradable en un solvente que hace que la textura se parezca más a un líquido que a un sólido.
"La consistencia es como el pegamento de Elmer", dijo Shah.
AdvertisementAdvertisementLa mezcla se llama "tinta" porque se usa en una impresora 3-D.
Una vez que la mezcla se extruye, el solvente principal se evapora inmediatamente y solidifica el material. La estructura del material es porosa y puede usarse a temperatura ambiente.
"La alta porosidad es crítica porque las células y los vasos sanguíneos deben infiltrarse en el andamio estructural para mejorar la integración del tejido", explicó Shah.
Además, la alta concentración de hidroxiapatita crea un ambiente que induce una rápida regeneración ósea.
"El [hueso hiperelástico] está diseñado para degradarse y remodelarse en hueso natural, y por lo tanto puede crecer con el paciente", dijo Shah. "Esto elimina la necesidad de futuras cirugías, como se hace con placas metálicas o implantes. "
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Un producto versátil
El hueso hiperelástico es versátil y se puede imprimir con diferentes resistencias.
Eso incluye huesos altamente elásticos, que pueden soportar cargas importantes, así como aquellos que son más huecos o densos. Estas propiedades mecánicas están determinadas por la arquitectura del objeto impreso tridimensional, dijo Shah.
El hueso sintético se puede personalizar para cada paciente.
La variedad de aplicaciones incluye reparaciones para fracturas de columna vertebral, lesiones de medicina deportiva y lesiones del ligamento cruzado anterior y del manguito rotador que requieren curación de tejido blando a hueso, dijo Shah.
En aplicaciones craneofaciales y dentales, y para las deformidades faciales, el hueso de reemplazo se puede imprimir "para adaptarse perfectamente a la simetría y anatomía del paciente, especialmente en los casos en que hay un componente estético importante para el resultado del paciente", dijo..
"El material también es altamente elástico y los cirujanos pueden manipularlo", dijo Shah. "Los materiales disponibles ahora son muy flexibles y no difíciles de cortar y dar forma. Cuando los cirujanos se enteraron de esto, estaban muy emocionados. "
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Importante en la cabeza, cirugías faciales
Las propiedades del hueso hiperelástico son particularmente cruciales en la reparación de huesos en la cabeza y la cara.
"En los defectos craneofaciales, podemos crear un objeto que corrige o cubre el defecto, lo que nos permite mantener la simetría facial", dijo Shah. 'Podemos imprimir algo que sea específico del paciente. El material pasará por el andamio. Esto es importante, porque si no tiene vasos sanguíneos dentro del defecto, puede tener necrosis tisular [muerte del tejido]. En el andamio, las células depositarán nuevo material óseo. Con los implantes permanentes, debe reemplazarlos con el tiempo. Este nuevo material crece con el paciente y no es invasivo. "
Se podrían agregar antibióticos para controlar la infección.
Los investigadores realizan el proceso de impresión tridimensional a temperatura ambiente, lo que les permite agregar otros elementos, como antibióticos, a 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. "
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Reemplazos personalizados
Los cirujanos que usan material óseo sintético de Shah podrían escanear el cuerpo del paciente y crear un hueso de reemplazo personalizado en una impresora 3-D.
Las propiedades mecánicas flexibles del biomaterial permiten a los médicos cortarlo y darle forma fácilmente a medida durante un procedimiento quirúrgico. Esto no solo es más rápido, dijo Shah, sino también menos doloroso en comparación con el uso de material de injerto automático.
Cuando comenzó su investigación en 2009, Shah recibió fondos para la puesta en marcha de la facultad y contó con el apoyo constante de los Institutos Nacionales de Salud (NIH).
Espera obtener fondos gubernamentales y corporativos, y recientemente fundó una empresa de nueva creación en Northwestern para explorar aplicaciones para su trabajo.
Shah espera ansioso el día en que "el tiempo de respuesta para un implante especializado para un cliente sea dentro de las 24 horas". Eso podría cambiar el mundo de la cirugía craneofacial y ortopédica y, espero, mejorará los resultados de los pacientes. "
