Un equipo de investigación de la Universidad de Sevilla (US) ha diseñado un material cerámico para construir prótesis que regeneren huesos. En concreto, los expertos proponen como novedad un método de fabricación con carbono en forma de micropartÃculas de grafito.
De la combinación de ambos materiales se obtiene una estructura cristalina extremadamente dura: alúmina porosa. Con este material, podrÃan elaborarse implantes permanentes que faciliten la formación de nuevo tejido óseo. De esta forma, se presenta como un tratamiento alternativo de roturas y fisuras de huesos.
La alúmina es un material muy resistente y capaz de estimular la generación del nuevo tejido y establecer enlaces quÃmicos con él. Por este motivo, se emplea habitualmente para desarrollar prótesis para las articulaciones e implantes dentales, entre otros usos.
Sin embargo, tal y como se indica en nota de prensa Fundación Descubre, esta estructura cerámica cada vez se utiliza menos con finalidad clÃnica debido al surgimiento de otros materiales comerciales muy duraderos y con alta resistencia a los procesos quÃmicos y al óxido como el titanio macizo, que sirve para elaborar válvulas cardÃacas o prótesis de rodilla; asà como el acero inoxidable, que se emplea en prótesis temporales. No obstante, estos sustitutos poseen una superficie menos porosa y difÃcil de penetrar. Por este motivo, en ocasiones presentan problemas para que el organismo los acepte y se producen cicatrices en la masa ósea o el rechazo al material.
Los investigadores explican que la combinación con carbono hace que la cerámica obtenida sea aún más porosa de lo habitual. Además, tras un tratamiento quÃmico, se transforma en un material bioactivo, esto es, que interactúa con las células del organismo. AsÃ, sus cualidades fÃsicas permiten que los tejidos lo colonicen, integrándolo en el hueso. De este modo, disminuye la probabilidad de que el cuerpo lo rechace.
En el artÃculo 'Fabrication of Porous Alumina Structures by SPS and Carbon Sacrificial Template for Bone Regeneration' publicado en Materials, los expertos explican que se centran en un método de fabricación que combina alúmina con carbono. Con esta mezcla, se obtiene un material extremadamente duro, poroso, resistente a la corrosión, al desgaste y no biodegradable, por lo que podrÃa durar más tiempo en el organismo que las prótesis habituales.
"Actualmente, hay muy pocos materiales para elaborar este tipo de dispositivos médicos que posean, por un lado, bioactividad y, por otro lado, la estructura porosa y las propiedades mecánicas adecuadas para que los tejidos penetren en ella. En contraste, el que proponemos sà cumple con estas cualidades", explica a la Fundación Descubre la investigadora de la Universidad de Sevilla Manuela González.
Los expertos explican que enfocaron la elaboración de la alúmina al tratamiento de fisuras en el hueso cortical, es decir, la parte más dura y externa del mismo, como el área inferior del fémur.
Para elaborar este material, primero mezclaron polvo de alúmina con carbono de forma manual en un mortero. Después, lo introdujeron en un molde y lo sintetizaron en un dispositivo con atmósfera inerte, es decir, carente de oxÃgeno, a 1.500 grados centÃgrados. AsÃ, obtuvieron una pastilla densa de alúmina y carbono.
Luego, volvieron a introducir las pastillas en otro horno habitual de laboratorio a temperaturas de hasta 1.400 grados centÃgrados. De este modo, calcinaron las partÃculas de carbono y los espacios que dejaron, con un tamaño de hasta 100 micrómetros –equivalente al poro del que nace un cabello–, se convirtieron en las cavidades del material. "Con esta estructura y una vez adaptado a la fisura ósea a tratar, los tejidos del organismo podrÃan penetrar el material. Esto facilitarÃa la integración de la prótesis o implante en el cuerpo y ayudarÃa a regenerar fisuras, como si fuera un puente", añade el investigador de la Universidad de Sevilla VÃctor Morales.
Por último, los expertos realizaron pruebas analÃticas habituales en el laboratorio para determinar las cualidades estructurales y mecánicas de la cerámica, esto es, la elasticidad, plasticidad, dureza, tenacidad y fragilidad del material. De esta forma, determinaron que la estructura porosa de alúmina era rÃgida y resistente. "No obstante, también comprobamos que para emplear esta estructura, necesitamos mejorar el proceso de fabricación de modo que el material soporte un mayor peso, sea más resistente y se adapte mejor al movimiento del hueso", explica Manuela González.
Actualmente, investigadores del grupo Propiedades Mecánicas, Procesado y Modelización de Cerámicas Avanzadas se centran en mejorar las cualidades fÃsicas de este biomaterial.
Este estudio ha sido financiado por fondos Feder y el Ministerio de Ciencia e Innovación. Asimismo, ha recibido apoyo de la ConsejerÃa de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de AndalucÃa y la Universidad de Sevilla.
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