Implantes inteligentes autoalimentados para cirugía de fusión espinal monitorean la curación

La fusión espinal, que fusiona dos vértebras, puede tratar una amplia variedad de trastornos de la columna. A menudo, los cirujanos usan una jaula para brindar soporte donde alguna vez estuvo el disco entre las vértebras. Pero, ¿y si esas jaulas pudieran apoyar la curación de la columna vertebral en más de un sentido? Ahora, los investigadores están creando implantes de metamateriales inteligentes, impresos en 3D, específicos para el paciente, que funcionan como sensores para monitorear la curación de la columna.

Investigadores de la Universidad de Pittsburgh (Pittsburgh, PA, EUA) han desarrollado una nueva clase de metamateriales mecánicos multifuncionales, que actúan como sus propios sensores, registrando y transmitiendo información importante sobre la presión y las tensiones en su estructura. Los llamados "meta-tribomateriales", también conocidos como metamateriales autoconscientes, generan su propia energía y pueden usarse para una amplia gama de aplicaciones de detección y monitoreo.

El material está diseñado de tal manera que, bajo presión, se produce una electrificación por contacto entre sus microcapas conductoras y dieléctricas, crenado una carga eléctrica que transmite información sobre el estado de la matriz del material. Además, hereda de forma natural la excelente capacidad de ajuste mecánico de los metamateriales estándar. La energía generada usando su mecanismo nanogenerador triboeléctrico incorporado, elimina la necesidad de una fuente de energía separada, y un pequeño chip registra datos sobre la presión en la jaula, que es un indicador importante de la curación. Luego, los datos se pueden leer de forma no invasiva utilizando un escáner de ultrasonido portátil.

La caja propuesta no solo es única en sus capacidades de detección, sino que también está hecha de un material altamente ajustable que se puede personalizar según las necesidades del paciente. Los investigadores han probado con éxito el dispositivo en cadáveres humanos y, a continuación, buscan pasar a modelos animales. Debido a que el material en sí mismo es increíblemente ajustable y escalable, el diseño del sensor inteligente podría adaptarse a muchas otras aplicaciones médicas en el futuro, como stents cardiovasculares o componentes para reemplazos de rodilla o cadera.

"Las jaulas de fusión espinal se utilizan ampliamente en las cirugías de fusión espinal, pero generalmente están hechas de titanio o de materiales poliméricos PEEK (un termoplástico de ingeniería semicristalino de alto rendimiento) con ciertas propiedades mecánicas", dijo Amir Alavi, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental en la Universidad de Pittsburgh. “La rigidez de nuestras jaulas entre cuerpos de metamateriales se puede ajustar fácilmente. El implante se puede imprimir en 3D en función de la anatomía específica del paciente antes de la cirugía, lo que lo convierte en un ajuste mucho más natural”.

“Este es el primer implante de su tipo que aprovecha los avances en nanogeneradores y metamateriales para construir multifuncionalidad en la fabricación de los implantes médicos”, agregó Alavi. “Este avance tecnológico jugará un papel importante en el futuro de los dispositivos implantables”.

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Universidad de Pittsburgh  

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