Tantalio poroso impreso en 3D: un material emergente para la nueva generación de implantes ortopédicos

Los huesos son órganos duros que forman el endoesqueleto de los vertebrados, con una estructura interna y externa compleja que les permite mantener su dureza al mismo tiempo que minimizan el peso. Sus funciones incluyen facilitar el movimiento, proporcionar soporte estructural, proteger el cuerpo, producir glóbulos rojos y blancos, y almacenar minerales esenciales. Sin embargo, los incidentes, las enfermedades y el envejecimiento pueden provocar fracturas, defectos óseos y degeneración de las articulaciones, lo que hace necesario el uso de implantes ortopédicos metálicos artificiales. En consecuencia, existe un creciente interés en desarrollar implantes ortopédicos metálicos efectivos mediante el diseño de materiales innovadores. Ahora, los investigadores han publicado una revisión en la revista International Journal of Extreme Manufacturing que ofrece una visión exhaustiva del tantalio poroso (pTa) impreso en 3D, un material prometedor para reemplazar defectos óseos en implantes ortopédicos.

Esta revisión, realizada por investigadores de la Central South University (Changsha, China), se centra en mejorar la bioactividad de los implantes de pTa a través del diseño de materiales, brindando información sobre cómo dicho diseño puede innovar en los implantes ortopédicos. Presenta un análisis detallado de los avances recientes en materiales de pTa para el desarrollo de implantes, incluidos varios diseños basados en la morfología de la superficie, la estructura de los poros, la aleación y las modificaciones funcionales. La revisión también aborda las posibles limitaciones relacionadas con la bioactividad celular in vitro, la osteointegración en animales in vivo y la aplicación clínica de los implantes pTa. En particular, el pTa presenta un módulo elástico comparable al del hueso, lo que ayuda a minimizar el efecto de protección al tiempo que ofrece un soporte fisiológico adecuado para el tejido óseo nuevo con alta resistencia.

Imagen: Al optimizar el diseño del material durante la impresión 3D, se puede lograr una mejora de la bioactividad de los implantes óseos de tantalio poroso (pTa) (foto cortesía de Manyuan Wu, Mingchun Zhao, Ying Cai)

Además, sus propiedades resistentes a la fricción contribuyen a mejorar la estabilidad inicial. La estructura porosa del pTa, que imita la del hueso natural, promueve la adhesión celular, la vascularización y el intercambio de nutrientes, lo que facilita el crecimiento óseo interno y la osteointegración. Para fabricar productos funcionales con una bioactividad mejorada, los implantes ortopédicos de pTa deben cumplir con estándares fundamentales, incluidas las propiedades mecánicas, la biocompatibilidad y la bioseguridad, todo lo cual se puede lograr mediante un diseño de material especializado. Además, es crucial abordar la osteointegración de los implantes ortopédicos de pTa en entornos humanos complejos con enfermedades, ya que estos implantes deben soportar los tejidos circundantes al tiempo que permiten que el hueso se integre en el material. Las consideraciones de diseño dependen de la complejidad del sitio del defecto óseo, su ubicación anatómica y los resultados clínicos deseados.

A pesar de los considerables avances logrados en los implantes ortopédicos de pTa, sigue siendo un desafío producir implantes óseos de pTa complejos que logren un equilibrio óptimo entre la estructura morfológica (como superficies micronano, forma de poro, tamaño y porosidad), las propiedades mecánicas (incluido el módulo elástico, el rendimiento de fatiga y la resistencia al desgaste) y las características biológicas (como la bioactividad y la biocompatibilidad). En la rehabilitación posoperatoria, la colocación y el diseño correctos de los implantes pueden mejorar significativamente los resultados de recuperación y la calidad de vida del paciente. Para lograr resultados clínicos óptimos, será necesaria una estrecha colaboración entre los médicos rehabilitadores y los cirujanos para evaluar las circunstancias únicas de cada paciente, asegurando que los implantes cumplan con los requisitos mecánicos y biológicos, al tiempo que se adaptan a las características anatómicas individuales y las necesidades de rehabilitación.

Además, aunque los investigadores suelen centrarse en mejorar la biocompatibilidad y la osteointegración de los implantes a base de tántalo, a veces pasan por alto la estabilidad y durabilidad de estos materiales bajo tensión biomecánica y variaciones de fuerza en el cuerpo implantado. Este descuido puede afectar las evaluaciones biológicas en estudios con animales y retrasar las aplicaciones clínicasPor lo tanto, acelerar la evaluación de la estabilidad y durabilidad de los implantes a base de tántalo bajo condiciones mecánicas dinámicas en experimentos con animales es otro aspecto crítico para avanzar en su aplicación clínica. Aunque siguen existiendo desafíos, los investigadores han trazado un camino a seguir para el desarrollo de implantes ortopédicos.

“La preparación y aplicación de los futuros implantes ortopédicos no será solo una cuestión de ingeniería biomédica, sino un enfoque altamente interdisciplinario que involucra tecnologías avanzadas de varias disciplinas (por ejemplo, inteligencia artificial (IA), realidad virtual (RV), realidad aumentada (RA) y tecnologías 5G) que interactúan con el equipo clínico”, afirmó el profesor Mingchun Zhao.