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Mayo de 2017 Página 2 de 2

Tecnologías para el diseño de material de osteosíntesis a la medida

Ing. Andrés Torres Velásquez

La tecnología 3D introducida en la década de 1980 ha evolucionado, y ahora se está utilizando para la creación de productos de uso final en todas las industrias.

En cuanto a los nuevos procesos de manufactura mediante los cuales las endoprótesis puedan ser construidas, también hay un prometedor avance, el cual consiste en la implementación de la manufactura aditiva, que consiste en la construcción de objetos en tercera dimensión (3D) a través de la adición de una capa tras otra de material para construir objetos físicos. Primero se debe tener un archivo 3D, el cual se genera utilizando un software de modelado 3D o CAD (Computer-Aided Design). Los equipos de manufactura aditiva (también conocidos como impresoras 3D) interpretan el archivo y lo reproducen físicamente mediante capas sucesivas de material, creando así la pieza u objeto.

La tecnología 3D fue introducida por primera vez en la década de 1980, sus primeros usos se centraron en la creación de prototipos y para la pre-visualización de los modelos de producción masiva antes de la realización de un molde final. Desde entonces, la fabricación aditiva ha evolucionado y se está utilizando para la creación de productos de uso final en todas las industrias.

Los productos con tecnologías de manufactura aditiva se pueden fabricar en una gran variedad de formas y materiales (plásticos, metales, cerámicas).

El desarrollo de las nuevas endo-prótesis involucrará a los materiales compuestos y a la manufactura aditiva. Mediante la manufactura aditiva y la información obtenida de los estudios radiológicos se obtiene un modelo CAD o modelo digital en 3D mediante software; esto permite la personalización del implante y la correcta medida de la prótesis que utilizará el paciente. Posteriormente, con la manufactura aditiva se pueden seleccionar los materiales y la forma interna de la prótesis de acuerdo con las propiedades mecánicas que se deseen obtener.

Mediante este método es posible lograr una prótesis con una estructura interna o alma construida en un compuesto metálico, y en la parte externa una capa de recubrimiento o compuesto polimérico con buenas propiedades de bio-compatibilidad y una estructura superficial que permita una osteointegracion adecuada del implante. Esta última es otra de las grandes ventajas que se obtienen con la manufactura aditiva, ya que es posible diseñar formas superficiales a escala microscópica que beneficien el crecimiento del hueso en el implante y permitan disminuir los problemas de osteopenia y el consecuente aflojamiento de la prótesis.

Ejemplos de este tipo de implantes ya están siendo utilizados en humanos con muy buenos resultados. Simões et al, presentó una prótesis de cadera fabricada con un alma de cobalto-cromo y recubierta de un compuesto flexible a partir de un modelo Freeman. La innovación más importante de este desarrollo es que se variaron las propiedades mecánicas de los materiales en los diferentes volúmenes de la prótesis; se obtuvieron valores diferentes de módulo de elasticidad en la parte distal de la prótesis (20 Gpa) variando hasta la sección interna del cuello (150 Gpa). Lo anterior solo es posible gracias a la implementación del material compuesto que, como se indicó anteriormente, se logra al manipular el módulo de elasticidad en toda la estructura de la prótesis.

De Santis et al fabricó una prótesis en un compuesto conformado por polyether-imide PEI, y reforzada con fibras de carbono y de vidrio. La prótesis fue producida con una estructura simple cilíndrica con diferentes diámetros con el fin de lograr diferentes propiedades mecánicas a lo largo de su longitud. Los resultados que se obtuvieron fueron comparados con una prótesis de titanio y un espécimen óseo. Se corroboró que la prótesis hecha con materiales compuestos logra propiedades semejantes en cuanto a rigidez en flexión y torsión al ser comparada con un hueso cargado en sentido vertical.

Otros autores como Murr et al, utilizan el método de manufactura aditiva denominado Electron Beam Melting (EBM) para obtener prótesis de cadera y de rodilla con la implementación de compuestos de titanio y cobalto. Según los autores, con la implementación de estas prótesis se consigue la disminución de la osteopenia o pérdida de masa ósea alrededor del implante, al lograr optimizar la porosidad y las propiedades mecánicas de los materiales utilizados.

 

El Hospital agradece la colaboración editorial del ingeniero Andrés Torres Velásquez para este artículo. 

Artículo proveniente del Suplemento Colombia de la edición impresa de Abril-Mayo de 2017 con el código EH0417OSTEO

Fin.

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Acerca del autor

Ing. Andrés Torres Velásquez

Ingeniero mecánico de la Universidad Nacional de Colombia. Especialista en Ingeniería Biomédica de la Universidad Pontificia Bolivariana (UPB), de Medellín, Colombia. Magister en Ingeniería del Dpto. de Ing. Biomédica de la UPB. Profesor de Ing. Biomédica del Convenio Universidad EIA-Universidad CES. Coordinador de la línea Biomecánica e Ing. de Rehabilitación. Coordinador del Centro de Ingeniería y Tecnología de Rehabilitación CITeR.
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