Metales impresos en 3D resistentes a infecciones desarrollados para implantes
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| Los investigadores de WSU probaron la resistencia a la fatiga del material recientemente desarrollado. Fuente: Universidad Estatal de Washington |
Un novedoso implante quirúrgico desarrollado por investigadores de la Universidad Estatal de Washington pudo matar el 87% de las bacterias que causan infecciones por estafilococos en pruebas de laboratorio, sin dejar de ser fuerte y compatible con el tejido circundante como los implantes actuales.
20 noviembre 2023.- En los últimos años, varios grupos han desarrollado recubrimientos antibacterianos que se pueden aplicar a implantes de titanio. Y si bien algunos de estos recubrimientos son prometedores, es posible que desaparezcan con el tiempo. Además, aplicarlos sobre el implante añade sólo un paso más al proceso de producción. Ahí es donde entra en juego el nuevo material imprimible en 3D.
El trabajo, publicado en el International Journal of Extreme Manufacturing , algún día podría conducir a un mejor control de infecciones en muchas cirugías comunes, como los reemplazos de cadera y rodilla, que se realizan a diario en todo el mundo. La colonización bacteriana de los implantes es una de las principales causas de su fracaso y malos resultados tras la cirugía.
Los materiales de titanio utilizados para reemplazos de cadera y rodilla y otros implantes quirúrgicos se desarrollaron hace más de 50 años y no son muy adecuados para superar infecciones.
Aunque los cirujanos suelen tratar de forma preventiva con antibióticos, una infección potencialmente mortal puede ocurrir inmediatamente después de la cirugía o semanas o meses después como una infección secundaria.
Una vez que una infección aparece como una película fina y difusa sobre un implante, los médicos intentan tratarla con antibióticos sistémicos. Sin embargo, en aproximadamente el 7% de los casos de cirugía de implantes, los médicos deben realizar una cirugía de revisión, retirando el implante, limpiando el área, agregando antibióticos y colocando otro implante.
Utilizando tecnología de impresión 3D, los investigadores de WSU agregaron un 10% de tantalio, un metal resistente a la corrosión, y un 3% de cobre a la aleación de titanio que normalmente se usa en los implantes. Cuando las bacterias entran en contacto con la superficie de cobre del material, casi todas sus paredes celulares se rompen.
Mientras tanto, el tantalio fomenta el crecimiento celular saludable con el hueso y el tejido circundante, lo que acelera la curación del paciente. Los investigadores dedicaron tres años a un estudio exhaustivo de su implante, evaluando sus propiedades mecánicas, biología y respuesta antibacteriana tanto en el laboratorio como en modelos animales. También estudiaron su desgaste para asegurarse de que los iones metálicos del implante no desaparezcan y se muevan hacia el tejido cercano causando toxicidad.
Los investigadores continúan el trabajo con la esperanza de mejorar la tasa de mortalidad bacteriana a más del 99% sin comprometer la integración de los tejidos. También quieren asegurarse de que los materiales ofrezcan un buen rendimiento en condiciones de carga del mundo real que los pacientes podrían usar, como al caminar en el caso de un reemplazo de rodilla.
"La mayor ventaja de este tipo de dispositivo multifuncional es que se puede utilizar para el control de infecciones, así como para una buena integración del tejido óseo. Debido a que la infección es un problema tan grande en el mundo quirúrgico actual, si algún dispositivo multifuncional puede hacer ambas cosas, no hay nada igual".
Los investigadores están trabajando con la Oficina de Comercialización de WSU y han presentado una patente provisional.
Más información: Amit Bandyopadhyay et al, Additively manufactured Ti–Ta–Cu alloys for the next-generation load-bearing implants, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI: 10.1088/2631-7990/ad07e7
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