Ingenieros mecánicos de la Universidad de Texas en Dallas han diseñado un fémur impreso en 3D que podría ayudar a los médicos a prepararse para la cirugía de reparación ósea y tratamiento de tumores óseos.
Los ingenieros, que colaboraron con cirujanos ortopédicos del UT Southwestern Medical Center, publicaron su primer estudio sobre un fémur impreso en 3D el 5 de agosto. Revista de investigación ortopédica.
El estudio, que se centró en la porción medial del hueso, establece parámetros de impresión 3D para el fémur para su uso en pruebas biomecánicas. Se necesitarán más estudios antes de que la tecnología esté disponible para su uso generalizado, dijeron los investigadores.
Para estudiar y validar técnicas y implantes quirúrgicos avanzados, los cirujanos realizan estudios biomecánicos utilizando cadáveres donados o hueso artificial disponible comercialmente, que les permite determinar la precisión quirúrgica óptima y la respuesta ósea. Los huesos artificiales, que también se utilizan en la formación quirúrgica, pueden ser costosos, su obtención requiere mucho tiempo y carecen de la capacidad para soluciones específicas para cada paciente.
Investigadores de UT Southwestern se acercaron al Dr. Wei Li, un experto de UT Dallas en tecnología de impresión 3D, hace dos años para colaborar en una alternativa menos costosa y más rápida para estudios biomecánicos ortopédicos.
“Para planificar la cirugía, los cirujanos necesitan conocer la geometría del hueso”, dijo Lee, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Escuela de Ingeniería e Informática Erik Johnson y autor correspondiente del estudio reciente. “Con la impresión 3D, podemos imprimir una muestra de hueso del fémur con la misma geometría que el fémur dentro del cuerpo”.
Mediante prueba y error, el estudiante de doctorado en ingeniería mecánica de la UTD, Kishore Mysore Nagaraja, desarrolló muchas iteraciones del fémur. Mysore Nagaraja, que trabaja en el Laboratorio de Fabricación Avanzada de Compuestos de Lee, realizó una serie de pruebas en cada hueso artificial para medir el rendimiento mecánico y las propiedades del material para hacer que los prototipos sean más realistas que los fémures reales.
“Esta experiencia colaborativa es lo mejor que un estudiante puede pedir”, dijo Mysore Nagaraja, quien se espera que se gradúe en diciembre. “Que los médicos que van a utilizar la investigación de mi prueba la revisen directamente es una gran validación de nuestra investigación”.
La réplica ósea está hecha de ácido poliláctico, un polímero biodegradable de bajo costo y de base biológica que se usa comúnmente en la impresión 3D. El diseño, que representa la mitad del fémur, mide aproximadamente 8 pulgadas de alto y aproximadamente 1 pulgada de diámetro. En las pruebas biomecánicas, se desempeñó tan bien como el fémur humano. Los investigadores estimaron que fabricar cada fémur impreso en 3D cuesta 7 dólares.
Lee dijo que los huesos impresos en 3D tienen una variedad de aplicaciones potenciales. Los polímeros, por ejemplo, pueden sustituir a otros materiales utilizados en la reparación ósea, como el titanio. Lee dijo que los investigadores podrían imprimir tumores en huesos impresos en 3D y probar tratamientos en las muestras impresas, o las réplicas podrían usarse para ayudar a desarrollar tejido óseo humano.
Los investigadores de UT Southwestern que participan en el estudio incluyen al primer autor, el Dr. Robert Wanshank, cirujano oncológico ortopédico, y al Dr. Richard Smid, cirujano de manos y extremidades superiores que dirige un laboratorio de impresión 3D. Ambos son profesores asistentes de cirugía ortopédica con nombramientos secundarios en ingeniería biomédica. Samad tiene una cita secundaria en cirugía plástica.
“Me comuniqué con el Dr. Lee y su equipo y, afortunadamente, se convirtió en una gran colaboración entre nosotros”, dijo Wenschenk. “El Dr. Samad y yo tenemos los mismos conocimientos y habilidades que los cirujanos, ambos con experiencia en ingeniería, con el tremendo conocimiento y experiencia del Dr. Lee en pruebas mecánicas y sus increíbles recursos, nuestro equipo colaborativo está excepcionalmente preparado para asumir estos tipos de desafíos.”
Los autores adicionales fueron la alumna de UTD Faiqa Alam BS’23 y el Dr. Blaine Oldham, quien se graduó de UT Southwestern en mayo.
