Los científicos de la Universidad de Nueva Gales del Sur han logrado avances significativos en el desarrollo de andamios impresos en 3D que imitan fielmente las propiedades mecánicas del hueso natural. Este avance aborda un desafío de larga data en medicina: crear reemplazos óseos artificiales que funcionen tan bien o mejor que los implantes metálicos o injertos óseos existentes. Los nuevos andamios exhiben resistencia, porosidad y dinámica de fluidos superiores, lo que acerca la regeneración ósea funcional a la realidad.
El problema con los reemplazos óseos actuales
Los métodos tradicionales para reparar huesos dañados suelen depender de implantes metálicos o injertos óseos. Los implantes de metal, aunque son fuertes, pueden ser demasiado rígidos y sobrecargar los tejidos circundantes. Los injertos óseos, obtenidos de otras partes del cuerpo del paciente o de donantes, tienen una disponibilidad limitada y conllevan riesgos de rechazo o infección. La impresión 3D ofrece una forma de sortear estas limitaciones, pero replicar la compleja estructura del hueso ha resultado difícil.
El hueso natural es ligero y fuerte, con una estructura porosa que favorece el crecimiento celular y el flujo de fluidos. Los primeros intentos de crear andamios impresos en 3D a menudo no lograron equilibrar estas cualidades, colapsando bajo presión o careciendo de la porosidad necesaria para la integración del tejido.
Imitando el diseño de la naturaleza
Los investigadores superaron este obstáculo estudiando la arquitectura ósea natural. El hueso real no es uniforme; pasa gradualmente de regiones densas y portadoras de carga a áreas más ligeras, parecidas a esponjas. El equipo replicó esta estructura graduada utilizando ácido poliláctico (PLA), un plástico biocompatible y biodegradable.
“Utilizamos un enfoque de diseño inspirado en el hueso natural. En el hueso, la estructura cambia gradualmente de áreas densas a áreas más abiertas. Recreamos esta idea imprimiendo estructuras con estructuras graduadas en diferentes direcciones”. – Dr. Juan Pablo Escobedo-Díaz
Los andamios resultantes, con aproximadamente un 55% de porosidad, mostraron un rendimiento notable en las pruebas mecánicas. Eran un 60 % más fuertes y un 16 % más rígidos bajo impactos repentinos en comparación con una presión lenta y constante, lo que los hacía potencialmente ideales para implantes que soportan carga. La dirección de la estructura graduada también influyó en los patrones de fractura, lo que brindó a los diseñadores otra forma de ajustar las propiedades del material.
Flujo de fluidos e implicaciones futuras
Es importante destacar que los fluidos fluyeron a través de los andamios de manera que se asemejan mucho al hueso natural, lo cual es fundamental para la entrega de nutrientes y la eliminación de desechos durante la curación. Si bien estos andamios aún no poseen la capacidad de autocuración o adaptación del hueso vivo, representan un gran paso adelante.
Los investigadores anticipan su uso clínico dentro de 5 a 10 años, en espera de más pruebas y aprobaciones regulatorias. Inicialmente, podrían usarse en investigación y modelado específico de cada paciente, lo que eventualmente conduciría a reemplazos para grandes defectos óseos en áreas como el fémur. El equipo ahora se centra en diseños biomiméticos que replican más fielmente las estructuras óseas naturales, incluidos patrones y clasificaciones complejos.
Esta investigación destaca el potencial de la impresión 3D para revolucionar la regeneración ósea, ofreciendo un futuro en el que los implantes artificiales no sólo puedan apoyar sino también integrarse con los procesos naturales de curación del cuerpo.
