Los andamios de magnesio e impresos en 3D están destinados a la reparación de grandes destrozos óseos, son biocompatibles y biodegradables
Un grupo internacional de investigación liderado por el científico español Javier Llorca, director científico del instituto IMDEA Materiales, ha logrado poner a punto la técnica para la impresión en 3D de andamios óseos de magnesio. Las fracturas óseas pequeñas se reparan con clavos o placas que unen y fijan los dos extremos del hueso roto. Pero esta estrategia no sirve cuando esas lesiones son más importantes, por ejemplo si ha habido que eliminar un fragmento de hueso por un tumor o la rotura ha sido muy grave y ha desparecido una porción del tejido óseo. En estas ocasiones, es necesario implantar un andamio que reemplace al hueso mientras se produce la regeneración ósea. Este andamio debe ser poroso -para permitir el crecimiento del tejido óseo- y tener las dimensiones y forma del fragmento desaparecido. En el caso de los huesos que no deben soportar mucha tensión estas estructuras pueden fabricarse con polímeros mediante impresión en 3D. Sin embargo, los polímeros no se pueden utilizar en los huesos que soportan grandes esfuerzos mecánicos (como los huesos largos o el maxilar) por su pobre resistencia mecánica. En esas ocasiones es necesario usar andamios metálicos.
Una de las características clave en esos andamios es controlar la porosidad -de modo que pueda producirse la vascularización y el crecimiento celular- al mismo tiempo que se aseguran las necesarias propiedades mecánicas. Pero una estructura de esas características y que se adapte perfectamente a la región lesionada del paciente es muy difícil de fabricar. Hasta ahora, las únicas posibilidades para lograr estos objetivos era la fabricación por impresión 3D de aleaciones metálicas biocompatibles (acero inoxidable, titanio) que no son biodegradables. En consecuencia, el andamio metálico permanece de por vida en el paciente y puede dar lugar a complicaciones a largo plazo debido a la presencia de un material extraño. Una aproximación más prometedora para resolver este problema es utilizar un metal biodegradable que el organismo metabolice progresivamente una vez que el tejido óseo se ha regenerado.
Existe un metal que cumple esos requisitos, el magnesio. Pero la impresión 3D de andamios porosos de magnesio es problemática porque sus temperaturas de fusión y evaporación son muy próximas. La fusión del polvo de magnesio mediante un láser en la impresora 3D produce la evaporación de una gran parte del material e impedía la fabricación de estructuras con dimensiones precisas. El primer gran logro del equipo liderado por Javier Llorca ha sido superar esas dificultades al conseguir imprimir en 3D andamios con una porosidad controlada y optimizada para favorecer la regeneración del hueso. Pero el trabajo no se ha quedado solo ahí, también han desarrollado tratamientos térmicos y superficiales para que la velocidad de degradación del andamio se ajuste al tiempo necesario para la regeneración del tejido óseo. En su investigación, además, han demostrado que tanto las aleaciones de magnesio como los materiales resultantes de la degradación del andamio no son citotóxicos y permiten la proliferación celular.
Lo siguientes pasos en el trabajo de este equipo de científicos serán probar sus andamios en cultivos celulares para pasar después a ensayos en animales y, finalmente, en humanos como última fase antes de que los andamios de magnesio impresos en 3D empiecen a utilizarse en personas lesionadas. El artículo con toda la información sobre el trabajo de investigación realizado por el grupo científico acaba de ser publicado en su edición online por la revista Materials Science and Engineering: C y aparecerá en el número de febrero de esta revista en papel. La investigación ha sido financiada con una "Advanced Grant" del Consejo Europeo de Investigación (VIRMETAL, Virtual Design, Virtual Processing and Virtual Testing of Metallic Materials).
Sobre Javier Llorca
Javier Llorca es ingeniero de Caminos por la Universidad Politécnica de Madrid y obtuvo el doctorado en Ciencia de Materiales en esa misma universidad. Su labor docente e investigadora la ha llevado a cabo también en la Universidad Politécnica de Madrid en la que es catedrático desde 1995. Desde 2006 es director del grupo de investigación en “Materiales estructurales avanzados y nanomateriales”. En 2007 fundó IMDEA Materiales y ha sido su director hasta 2017, cuando pasó a ser director científico. Javier Llorca es investigador Fulbright y Fellow de la European Mechanics Society y de la Materials Research Society y miembro de la Academia Europaea. Es profesor invitado de la Central South University (Changsha, China) y ha sido investigador visitante en Brown University, el Indian Institute of Science y Shanghai Jiao Tong University. Por su actividad científica ha sido galardonado, ente otros, con el Premio de Investigación de la Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, el Premio de Investigación de la Universidad Politécnica de Madrid y el Premio a la Mejor Carrera Científica de la Sociedad Española de Materiales (SOCIEMAT).
