Espumas de magnesio para implantes óseos

Disponible en:Medellín12 mar. 2021

Gloria Patricia Fernández Morales, investigadora de la Universidad Pontificia Bolivariana, junto a Juan Fernando Ramírez Patiño, investigador de la Universidad Nacional de Colombia sede Medellín, y Viviana Marcela Posada Pérez, candidata a doctora en Ingeniería de la misma institución, trabajan desde el 2012 en el desarrollo de un material con características físicas, químicas, mecánicas y biológicas idóneas para el remplazo de los implantes de uso común en los procedimientos para la regeneración ósea.

Por lo general, luego de una fractura u otro tipo de lesión que supera la capacidad autoregeneradora del hueso, los pacientes se someten a intervenciones quirúrgicas en las que se implanta material para brindar soporte al tejido mientras este se repara.

Lo común es que estos implantes se fabriquen en una forma sólida con aleaciones de titanio, acero inoxidable 316L y cobalto-cromo, metales que no son absorbibles por el organismo y que, por tanto, deben retirarse una vez culmine el proceso de reparación. Además del riesgo que significa para un paciente una intervención quirúrgica y las potenciales nuevas fracturas durante el proceso, con una segunda cirugía se generan más residuos y aumentan los costos para el sistema de salud.

 

 
espumas

 

Con el ánimo de ofrecer soluciones, la investigadora del Grupo de Investigación en Nuevos Materiales de la UPB, y sus compañeros del Grupo de Investigación en Biomecánica e Ingeniería de Rehabilitación (GIBIR) de la UNAL, trabajan en el método de fabricación de implantes porosos con una aleación de magnesio (Mg) denominada AZ31 que es bioabsorbible, debido a que sus elementos pueden ser metabolizados por el cuerpo sin riesgos para la salud. Además, sus elementos (Mg y Zinc) forman parte del material que compone el hueso. Así, se espera obtener implantes de cuarta generación: capaces de acelerar el crecimiento del tejido y degradarse tras cumplir su función.

¿En qué va la investigación?

Patricia Fernández explica que este es un trabajo de ensayo y error. La experiencia de ambas instituciones en este campo, el conocimiento adquirido en diferentes eventos académicos y el trabajo constante en el laboratorio les ha permitido acercarse a un material con mejores características, pero aún deben resolver algunos asuntos, entre ellos, la manera en que puede controlarse la velocidad de degradación del magnesio ante los fluidos corporales, que se sabe son altamente corrosivos.

La velocidad de degradación del Mg es mayor que la velocidad de crecimiento del hueso. Por tanto, debe encontrarse un equilibrio desde la fabricación del material.

Lo que ya está claro es el método de fabricación de las espumas y las condiciones morfológicas para que las células no generen ningún tipo de rechazo. Por ello, se busca emular con el material poroso la estructura de los huesos. En este caso, por ejemplo, las espumas cuentan con morfologías de poro que pueden ser aleatorias u ordenadas y con dimensiones que pueden ser diseñadas de acuerdo con el tipo de hueso que van a “reemplazar”.

Así mismo, en comparación con los implantes sólidos; la porosidad abierta de las espumas de Mg promueve la vascularización, la adherencia y el crecimiento del tejido, lo que dará lugar a la generación de hueso nuevo.

En cuanto a las propiedades mecánicas y físicas, estas son más cercanas a las del hueso, en especial, su densidad y rigidez (Módulo de Young). De este modo, se evita el fenómeno de apantallamiento de esfuerzos, el cual es recurrente con el uso de algunos implantes sólidos, al causar un aflojamiento del hueso debido a la diferencia de rigidez localizada.

 

 
ESPUMAS DESCRIPCION

 

Ahora los investigadores trabajan en determinar la relación entre la morfología y tamaño de los poros y la velocidad de degradación del material y, para ello, vienen realizado pruebas in vitro en fluido corporal simulado (SBF), ensayos de corrosión, ensayos in vivo y otras técnicas que les permita encontrar más respuestas y lograr una modificación superficial apropiada para el implante.

Los valores de densidad del hueso (2 g/cm3) y el magnesio (1,74 g/cm3) son cercanos, a diferencia de los elementos de uso común en la fabricación de implantes. Esto significa que es un material con mayor compatibilidad para la regeneración ósea esperada y con la posibilidad de ser reabsorbido por el cuerpo humano.

 A la fecha, los avances en este tema se han logrado gracias a la ejecución de varios proyectos en los que han participado activamente estudiantes de maestría y doctorado de ambas universidades, mediante el apoyo de la Dirección de Investigación y Transferencia de la UPB, la Universidad Nacional de Colombia sede Medellín y Minciencias.

Si le interesa conocer más detalles del avance de esta investigación, lo invitamos a leer los siguientes artículos científicos:

Tailoring adaptive bioresorbable Mg-based scaffolds with directed plasma nanosynthesis for enhanced osseointegration and tunable resorption

Synthesis and Properties of Mg-Based Foams by Infiltration Casting Without Protective Cover Gas

Human Bone Inspired Design of an Mg Alloy-Based Foam

 

 
investigadores UPB

Gloria Patricia Fernández, docente investigadora de la UPB; Viviana Marcela Posada y Juan Fernando Ramírez, investigadores de la Universidad Nacional. Imagen de la presentación de Óscar Acevedo, egresado de la maestría en ingeniería mecánica de la UNAL.

 

Por: Luisa María Echeverry. Programa de Divulgación Científica. Agencia de Noticias.

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