Filmes a nanoescala desarrollados en el MIT (Massachusetts Institute of technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) promueven el crecimiento de hueso, creando un sello más fuerte entre implantes y los propios huesos de los pacientes.
Anne Trafton, MIT News Office. Original (en inglés).
Cada año, más de un millón de estadounidenses reciben una prótesis artificial de cadera o rodilla. Dichos implantes están diseñados para durar muchos años, pero en alrededor del 17 por ciento de los pacientes que reciben un reemplazo de articulación, el implante eventualmente se afloja y tiene que ser reemplazado temprano, lo que puede causar peligrosas complicaciones para pacientes de edad avanzada.
Para ayudar a minimizar estas pesadas operaciones, un equipo de ingenieros químicos del MIT ha desarrollado un nuevo recubrimiento para implantes que podría ayudarlos a adherirse mejor al hueso del paciente, previniendo fallas prematuras.
“Esto permitiría al implante durar mucho más, hasta su tiempo de vida natural, con un riesgo más bajo de falla o infección”, dice Paula Hammond, profesora de ingeniería en el MIT y autora principal de un artículo sobre el trabajo que aparecerá en el diario Advanced Materials.
El recubrimiento, que induce las propias células del cuerpo a producir hueso que ajusta el implante en su lugar, también podría ser usado para curar fracturas y para mejorar los implantes dentales, de acuerdo a Hammond y al autor líder Nisarg Shah, un estudiante graduado en el laboratorio de Hammond.
Una alternativa al cemento óseo
Caderas artificiales consisten de una bola de metal en un tallo, conectando la pelvis y el femur. La bola rota dentro de una taza plástica dentro del socket de la cadera. Similarmente, las rodillas artificales consisten de placas y un tallo que permiten el movimiento del femur y la tibia. Para asegurar el implante, cirujanos usan cemento óseo, un polímero que se asemeja al vidrio cuando se endurece. En algunos casos, este cemento termina agrietándose y el implante se separa del hueso, causando dolor crónico y pérdida de movilidad para el paciente.
“Típicamente, en dicho caso, el implante es removido y reemplazado, lo que causa tremenda pérdida de tejido secundaria en el paciente que no habría ocurrido si el implante no hubiera fallado”, dice Shah. “Nuestra idea es prevenir la falla recubriendo estos implantes con materiales que podrían inducir el hueso natural que es generado dentro del cuerpo. Ese hueso crece en el implante y ayuda a mantenerlo en su lugar”.
El nuevo recubrimiento consiste de un filme muy delgado, que va desde los 100 nanómetros hasta un micrón, compuesto de capas de materiales que ayudan a promover el rápido crecimiento de hueso. Uno de los materiales, hidroxiapatita, es un componente natural del hueso, hecho de calcio y fosfato. Este material atrae células madre mesenquimatosas de la médula osea y provee una interfaz para la formación de nuevo hueso. La otra capa libera un factor de crecimiento que estimula las células madre mesenquimatosas a transformarse en células productoras de hueso llamadas osteoblastos.
Una vez que se forman los osteoblastos, comienzan a producir nuevo hueso para llenar los espacios rodeando el implante, asegurándolo al hueso existente y eliminando la necesidad del cemento de hueso. Tener tejido sano en ese espacio crea un enlace más fuerte y reduce bastante el riesgo de infección bacteriana alrededor del implante.
“Cuando el cemento óseo es usado, espacio muerto es creado entre el hueso existente y el tallo del implante, donde no hay vasos sanguíneos. Si bacterias colonizan este espacio se mantendrían proliferando, ya que el sistema inmune no puede alcanzarlas y destruirlas. Dicho recubrimiento sería auxiliar para prevenir que eso ocurra”, dice Shah.
Toma al menos dos o tres semanas para que los huesos llenen y completamente estabilicen el implante, pero un paciente aún sería capaz de caminar y hacer terapia física durante este tiempo, de acuerdo a los investigadores.
Control ajustable
Ha habido esfuerzos previos para recubrir implantes ortopédicos con hidroxiapatita, pero los filmes terminan siendo muy delgados e inestables, y tienden a separarse del implante, dice Shah. Otros investigadores han experimentado con inyectar el factor de crecimiento o depositarlo directamente en el implante, pero la mayoría termina siendo drenado fuera del sitio del implante, dejando muy poco detrás para tener algún efecto.
El equipo del MIT puede controlar el grosor de su filme y la cantidad de factor de crecimiento liberado usando un método llamado ensamblado capa-por-capa, en el que los componentes deseados son colocados una capa a la vez hasta que el grosor y la composición de la droga deseados son alcanzados.
“Esta es una ventaja significativa por que otros sistemas hasta ahora no han podido controlar la cantidad de factor de crecimiento que necesitas. Muchos dispositivos típicamente deben usar cantidades que podrían ser órdenes de magnitud más de lo que necesitas, lo que puede llevar a efectos secundarios no deseados”, dice Shah.
Los investigadores ahora están realizando estudios en animales que han mostrado resultados prometedores: Los recubrimientos llevan a una rápida formación de huesos, fijando los implantes en su lugar.
Este recubrimiento podría ser usado no solo para reemplazos de articulaciones, sino también para el fijado de placas y tornillos usados para arreglar fracturas de huesos. “Es muy versátil. Puedes aplicarlo a cualquier geometría y tener un recubrimiento uniforme todo alrededor”, dice Shah.
Otra posible aplicación es en implantes dentales. Convencionalmente, implantar un diente artificial es un proceso de dos pasos. Primero, un tornillo con rosca es introducido en la quijada; este tornillo debe estabilizarse integrándolo con el tejido de hueso que lo rodea por varios meses antes de que el paciente regrese a la clínica para tener el nuevo diente pegado al tornillo. Esto podría ser reducido a un proceso de un paso en el que el paciente recibe el implante entero usando una versión de estos recubrimientos.
La investigación fue patrocinada por Instituto Nacional del Envejecimiento, parte de los Institutos Nacionales de la Salud, y conducido por el Instituto David H. Koch para Investigación Integrativa del Cáncer con apoyo del Instituto para Nanotecnologías para Soldados en el MIT.
Reimpreso con permiso de MIT News.
Fuente
http://web.mit.edu/ (en inglés)