La falla de las prótesis sigue siendo una de las principales preocupaciones de los profesionales, de ahí la necesidad de perfeccionar los materiales que se emplean en los implantes. Las prótesis de cadera, de rodilla o en patología de columna lumbar o cervical presentan, en algunos casos, resultados no deseados. La falla está determinada por diversos factores. No sólo influye el material que se emplea, sino también el diseño del implante. Por tanto, es necesario que tenga determinadas características geométricas para que existan los mínimos desgastes, tanto en los mecanismos de lubricación como de integración en el hueso. En patología lumbar se ha observado que el fracaso de un tratamiento tiene un origen multifactorial.
La búsqueda de nuevos materiales, así como de estimuladores del crecimiento óseo, es uno de los objetivos primordiales en el ámbito de la Ingeniería Biomédica. Estas investigaciones beneficiarían a los ya exitosos abordajes quirúrgicos protésicos. La futura utilización de materiales con escasas reacciones secundarias para el organismo y con propiedades similares al tejido óseo garantizaría la total supervivencia de los implantes mecánicos.
En la actualidad, se usan aleaciones de cromo-cobalto y de titanio que son las que menos
reacción tisular producen como materiales implantables. El ideal sería, desde luego, aquél material que reuniera las mismas propiedades mecánicas que el hueso. En su defecto, sería necesario encontrar un material o aleación que tuviera propiedades mecánicas, de elasticidad y de resistencia a las deformaciones lo más similares posibles al hueso, que no produjera reacciones secundarias indeseables en el organismo, y que su integración biológica en el hueso se realizara de forma natural.
Tantalio Poroso.
La colocación de prótesis ya es una asignatura superada ampliamente. El reto actual es conseguir nuevos materiales que mejoren los resultados obtenidos hasta ahora. Entre los que suscitan mayor interés se encuentra el tantalio poroso, que se emplea desde hace décadas en
la producción de catéteres, y que consigue una mayor osteointegración que otros materiales. Es un metal trabecular, con celdas en forma de dodecaedro y un 80 por ciento de porosidad. Otro factor a destacar, es la consecución de buena elasticidad, cercana a la del hueso.
Los expertos auguran un incremento en la utilización del tantalio poroso para la fabricación de prótesis, dados los buenos resultados de un estudio iniciado hace cinco años en el Hospital Clínico de Santiago de Compostela, y aún no concluido, pero que confirma la consecución de
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una mejor osteointegración frente a otros materiales, una reducción de la movilidad, lo que evita el desgaste y consecuentemente la producción de partículas. Además este material tiene un módulo elástico cercano al del hueso.
Una de las ventajas, es que el tantalio evita la necesidad de utilizar recubrimientos. A lo largo de los años de estudio, se ha visto que la fijación conseguida con tantalio supera la de otros materiales, con un buen mantenimiento de la densidad ósea. De esta forma este material se perfila como uno de los favoritos para el diseño de implantes protésicos.
Proteínas Morfogénicas.
Los trabajos para intentar conseguir la regeneración ósea comenzaron hace unas décadas. El descubrimiento de las proteínas osteogénicas ha sido un paso muy importante. Los resultados conseguidos son prometedores, con más de 3.000 pacientes tratados en todo el mundo con proteínas moforgéneticas óseas (BMP), sin que se hayan registrado efectos secundarios, incluyendo calcificaciones ectópicas y complicaciones sistémicas.
La BMP-7, también conocida como OP-1, ha sido la primera proteína recombinante utilizada en COT. Miles de pacientes con distintas patologías, incluyendo pseudoartrosis, fusión de columna, fracturas frescas y otras malformaciones esqueléticas, han sido tratados ya con esta proteína. Las investigaciones se centran actualmente como vía de futuro en los portadores que conducen la proteína, para conseguir vehículos que preserven lo más adecuadamente posible a la proteína de la degradación ocasionada por diferentes enzimas. El mejor vehículo sería uno no biológico y que presentara facilidad de absorción. Otra vía de investigación es la obtención de un portador inyectable. En la actualidad, un equipo del Instituto Federal de Tecnología y de la Universidad de Zúrich, en Suiza, ha diseñado un nuevo material capaz de interaccionar activamente con el organismo para promover el crecimiento de nuevo hueso.
Los investigadores, han adjuntado moléculas biológicas a un polímero inerte para producir material artificial que imita la matriz extracelular colagenosa del propio organismo. Los resultados de la investigación parecen demostrar que dicha aproximación podría resultar de gran utilidad para reparar las estructuras óseas dañadas u otros tejidos lesionados en humanos. El resultado es un material sintético de polietilenglicol (PEG) basado en hidrogeles que se introduce en las matrices celulares para inducir regeneración ósea in situ. La idea es que mediante el empleo de estos implantes sintéticos se desarrolle una especie de andamiaje que impulse a las células a desarrollar nuevo hueso. Dichos andamiajes o redes contienen una combinación de ligandos de oligopéptidos para la adhesión celular y sustratos de metaloproteinasa de matriz extracelular, así como ligandos para las cadenas de PEG. En un principio se trató de usar una matriz extracelular aislada de los humanos como material para construir el andamio, pero se observó que el uso de estas sustancias conllevaba un cierto riesgo de transmisión de enfermedades y podía provocar una reacción del sistema inmunológico. Por tanto, se emplearon materiales artificiales, pero se comprobó que funcionaban como transportadores pasivos que no interaccionaban con las células.
De esta forma, se adjuntaron dos tipos distintos de secuencias cortas de proteínas. Una de ellas ayudaba a las células a adherirse al andamio, mientras que la otra secuencia, que podía dividirse
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en dos enzimas celulares, posibilitaba que las células entrantes degradasen el andamiaje y se introdujeran en las nuevas regiones del implante.
Las proteínas morfogenéticas óseas han mostrado buenos resultados en regeneración ósea, reduciendo los efectos adversos. Las líneas futuras se centran en conseguir regenerar también el cartílago, teniendo en cuenta los resultados obtenidos en modelo de experimentación animal. Este tipo de proteínas serán el futuro para mejorar la regeneración ósea, particularmente cuando los mecanismos fisiológicos normales de regeneración han fallado. No quiere esto decir que sustituirán a las fijaciones metálicas utilizadas actualmente, pero sí serán una ayuda fundamental.
Otros materiales.
Los biomateriales son aquellos materiales implantables en el cuerpo humano destinados a evaluar, tratar, aumentar, sustituir o reparar tejidos, órganos o funciones del organismo. Hace años, se evaluaban las posibilidades de implantación de materiales de amplia utilización en otros campos industriales mediante ensayos de rechazo, de biocompatibilidad y de propiedades físicas y químicas (corrosión, fatiga, etc.).
Actualmente, el objetivo científico se centra en la ingeniería de tejidos, es decir, en el diseño de materiales que cumplan en sí mismos algún tipo de función biológica. Esto implica aprovechar el conocimiento de la biología celular y la biología molecular para saber cómo interacciona una célula con su entorno. Este conocimiento puede permitir a los científicos controlar el crecimiento y la proliferación de células sobre un sustrato, y, por lo tanto, poder elaborar in vitro, en el laboratorio, tejidos que se podrán implantar en el paciente y que serán tratados por el organismo como propios.
La liberación controlada de fármacos es otro de los objetivos científicos en el campo de los biomateriales. Los científicos trabajan para diseñar materiales que puedan traer asociado química o físicamente el fármaco específico que se quiere suministrar a un punto determinado del organismo. Por lo tanto, es posible diseñar un material que pueda interaccionar fácilmente con las células o tejidos que se quieren tratar, por ejemplo siendo biodegradable en el ambiente biológico donde se quiere que actúe. Para conseguir todos estos objetivos, los científicos apuestan por las nanotecnologías, que permiten tratar los materiales a nivel molecular y pueden ayudar a resolver muchos problemas en este ámbito no resueltos hasta ahora. Las nanotecnologías pueden permitir ensamblar moléculas como lo hacen los tejidos naturales y, por lo tanto, pueden ayudar a controlar la elaboración de tejidos idénticos a los naturales por via biomimética.
De esta manera, las investigaciones se centran en formulaciones de cementos óseos, aleaciones con memoria de forma, biomateriales y componentes para fabricar sistemas ortopédicos y dentales, así como compuestos biodegradables para fabricar implantes óptimos para el cuerpo humano. Algunos ejemplos son los siguientes:
1. Materiales biodegradables (cementos óseos de fosfatos de calcio, vidrios solubles y materiales compuestos), que sirvan como andamio para el cultivo de células en ingeniería de tejidos. Los cementos óseos de fosfatos de calcio con porosidad controlada pueden ser colonizados por células óseas para regenerar el tejido óseo. Otra alternativa son los vidrios
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solubles, sobre todo si estos se pueden hacer altamente porosos para que las células óseas los puedan colonizar y crecer en su interior. Después, el vidrio se acabará disolviendo cuando el tejido óseo ya esté formado. Finalmente, los materiales compuestos biodegradables a base de vidrio soluble y de plástico biodegradable, como el ácido poliláctico, son también candidatos a estas aplicaciones.
2. Modificación de superficies metálicas, de titanio, para que sean bioactivas y sobre las cuales pueda crecer tejido óseo sano. Se consigue crear una capa de mineral idéntico al del hueso sobre la superficie metálica que promueve el crecimiento de éste tejido cuando se implanta.
3. Diseño de materiales con memoria de forma para aplicaciones óseas. Se desarrollan sistemas basados en las propiedades de los materiales con memoria de forma para aplicaciones dentales y maxilofaciales.
4. Simulación de tejidos y prótesis en Ordenadores Personales. El método de los elementos finitos permite simular informáticamente el funcionamiento de un disco intervertebral y extraer los parámetros de funcionamiento más relevantes. También se puede modelar el comportamiento de una posible prótesis de disco intervertebral. Finalmente el método de los elementos finitos es lo suficiente potente como para simular el crecimiento de un tejido, por ejemplo desprendido de una fractura ósea.
5. Nanotubos. El uso de nanotubos que sirvan con andamio para el crecimiento de hueso dentro de nuestro organismo es hoy en día toda una realidad. A través de ciertas técnicas es posible inyectar una solución enriquecida de nanotubos en la lesión, y esperar a que el nuevo hueso crezca hasta sanar la fractura. Además, servirán para curar enfermedades tales como la osteoporosis.
El lector podrá observar que estas técnicas o métodos son lo último en el tratamiento de lesiones de la columna vertebral, sin embargo, estos métodos representan en la actualidad grandes costos comparados con los métodos tradicionales, por tal motivo la incursión de ellos en nuestro país se vislumbra muy lejana, no obstante los expertos aseguran que son el futuro de las cirugías, en donde las intervenciones invasivas dejarán de ser practica común para este tipo de lesiones.
Hasta el momento se ha presentado el panorama completo que involucra el tratamiento de las lesiones de la columna vertebral, desde los tipos de fijadores empleados para estabilizar fracturas, hasta las prótesis de disco intervertebral lumbar. Además, se mencionaron las nuevas alternativas no invasivas para este tipo de lesiones. Ahora, corresponde definir de todo ese mundo de información que problema es el que se pretende estudiar en este trabajo Doctoral.
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