El estudio se ha aplicado al proceso llamado distracción osteogénica, un procedimiento de regeneración ósea en el que se utiliza un elemento denominado distractor, que separa progresivamente los segmentos de un hueso fracturado y estabiliza inicialmente el hueso. Este mecanismo ejerce unas fuerzas sobre el llamado callo de fractura, el nuevo tejido que va formándose para conectar los extremos de la lesión y se utiliza en cirugía habitualmente para corregir defectos. El trabajo trata de monitorizar las propiedades mecánicas que adquiere el nuevo hueso y en cuánto tiempo alcanza dicha rigidez necesaria.

A partir de este proceso hemos aplicado la ingeniería para saber cómo crece ese tejido óseo, lo cual depende de un estímulo mecánico y de una serie de cargas que hacen que el nuevo tejido óseo crezca, indica el investigador de la Universidad de Huelva Juan Mora, uno de los autores del artículo.

Para ello, los científicos han realizado una comparación de diferentes métodos para asignar las propiedades mecánicas y así tener un modelo predictivo de la rigidez que adquiere el nuevo hueso. Por un lado, a través de la Tomografía Axial Computarizada (TAC), la observación del nivel de gris que aparece en la imagen, se ha asociado a diversas propiedades que tiene el material. Otro método está basado en pruebas de laboratorio de los callos formados a través de técnicas nanométricas. El trabajo trata de monitorizar las propiedades mecánicas que adquiere el nuevo hueso y en cuánto tiempo alcanza dicha rigidez necesaria.

El estudio, publicado en la revista International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering, ha permitido también combinar métodos, lo que supone un perfeccionamiento de la predicción, teniendo en cuenta principalmente los das primeras prácticas utilizadas, ya que los resultados relativos a la rigidez eran parecidos.

Los huesos se regeneran

La osteogénesis es el proceso por el cual los huesos se regeneran y no solo tras una fractura, sino que, a lo largo de su existencia, los tejidos óseos se van deteriorando y este proceso natural facilita la renovación del mismo mediante la regeneración de nuevas células. La correcta alimentación o la actividad física facilitan esta renovación constante, es lo que se conoce como remodelación ósea.

El siguiente paso tras este estudio, es hacer un modelo computacional para predecir la rigidez en distracción osteogénica y que simule el proceso según las propiedades mecánicas que se han calculado en este experimento.

En este momento, los científicos también trabajan en otras aplicaciones como la ingeniería de tejidos para corregir defectos, que consiste en la colocación de una especie de malla que da rigidez y rellena el defecto y sirve para que las células colonicen ese material polimérico.

El estudio está financiado por proyectos de I+D del Ministerio de Economía y Empresa y cuenta con la colaboración de otras entidades como el Hospital Universitario Virgen del Rocío.

noviembre 04/2019 (SINC)

Referencia bibliográfica:
Mora-Macías J, Giráldez-Sánchez MÁ, López M, Domínguez J, Reina-Romo E. Comparison of methods for assigning the material properties of the distraction callus in computational models. International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering. 35(1):e3227. 2019

Científicos del Instituto de Medicina Regenerativa Wake Forest, en Carolina del Norte, Estados Unidos, han utilizado un sistema de bioimpresión para crear tejidos humanos a tamaño real; concretamente, huesos, cartílagos y músculos de orejas y mandíbulas. Aunque aún no sirven para ser trasplantados, sí logran sortear algunos de los problemas de estas técnicas para, en un futuro, reemplazar partes del cuerpo que el paciente tenga dañadas o haya perdido. La investigación ha sido descrita en la revista Nature Biotechnology.

El sueño de los bioingenieros es imprimir en el laboratorio tejidos y órganos funcionales, y dejar de depender de las donaciones para los trasplantes; sin embargo, con las impresoras 3D hasta ahora solo se ha logrado crear estructuras demasiado inestables y frágiles para ser implantadas en un cuerpo humano. Además, como no tienen vasos sanguíneos, el tamaño de estas construcciones estaba hasta ahora limitado a 200 micras (milésima parte de un milímetro), que es la distancia límite de difusión de los nutrientes y el oxígeno.

Una oreja de bebé

Anthony Atala y su equipo han solucionado el problema de la estabilidad imprimiendo las células en materiales poliméricos biodegradables con la fuerza mecánica suficiente para soportarlas hasta que el tejido madure. Para superar el límite de tamaño, integraron microcanales en los nuevos objetos impresos, de modo que los nutrientes y el oxígeno tuvieran un camino por donde llegar a todas partes.

De esta manera, los investigadores han imprimido estructuras de cartílagos, huesos y músculos. Cuando implantaron en ratas los andamios celulares, se produjo el cambio: lograron madurar en tejido funcional y desarrollar un sistema de vasos sanguíneos. También sortearon el límite de tamaño. Una oreja fabricada con el tamaño correspondiente a un bebé fue capaz de formar vasos entre uno y dos meses después de su implantación.

Lo más importante de este avance es que las estructuras tienen el tamaño adecuado y la capacidad para su futuro uso en seres humanos. “Esta nueva impresora supone un avance importante en nuestra búsqueda para fabricar tejidos de reemplazo destinados a los pacientes”, declara Anthony Atala, director del instituto y autor principal del estudio. “Con un mayor desarrollo, esta tecnología podría ser utilizada para imprimir estructuras de tejidos y órganos destinados a la implantación quirúrgica”, añade.

Implantes a medida

Este sistema también permite personalizar la forma de construir los tejidos impresos, según las necesidades de cada paciente. Para ello, se utilizan imágenes clínicas y se crea un modelo informático 3D del tejido perdido. Después, esos datos se transmiten a un programa que conecta con las boquillas de la impresora encargadas de dispensar las células en la estructura final.

Los autores aseguran que “con un mayor desarrollo, esta tecnología puede producir tejidos y órganos que incorporen múltiples tipos de células en lugares concretos para recabar información sobre estructura y función originales».

febrero 19/2016 (JANO)

]]> https://boletinaldia.sld.cu/aldia/2016/02/22/logran-imprimir-en-3d-hueso-cartilago-y-musculo-humanos/feed/ 0 https://boletinaldia.sld.cu/aldia/2014/04/09/estructura-biodegradable-ayuda-en-la-regeneracion-osea/ https://boletinaldia.sld.cu/aldia/2014/04/09/estructura-biodegradable-ayuda-en-la-regeneracion-osea/#comments Wed, 09 Apr 2014 06:02:02 +0000 http://boletinaldia.sld.cu/aldia/?p=33339 Investigadores del Instituto Politécnico de Leiria (Portugal) han generado una estructura 3D biodegradable que ayuda a reparar los huesos caundo se implanta donde hay una fractura. La estructura del material se ha analizado en detalle con la luz del Sincrotrón ALBA, en Barcelona.

Un grupo de investigadores del Centre for Rapid and Sustainable Product Development (CRSPD) del Instituto Politécnico de Leiria (Portugal), liderados por Geoffrey Mitchell, han creado una estructura 3D biodegradable que, una vez implantada donde hay una fractura o lesión ósea, ayuda a reparar el hueso.

Esta estructura tridimensional actúa como un andamio proporcionando a las células un lugar donde regenerarse y, desapareciendo de manera gradual, quedando absorbido por el nuevo tejido. Este andamio (scaffold, en inglés) está hecho a base de un polímero tan poroso y resistente como los huesos, imitando al máximo sus características.

Para examinar la morfología del polímero los investigadores han utilizado la luz sincrotrón de una de las líneas del Sincrotrón ALBA, el único que existe en España. «El éxito de este material recae en su estructura, por lo que es importante conocer al detalle la composición química y la arquitectura física de la matriz tridimensional que hemos desarrollado», informa Mitchell.

Al mismo tiempo que recolectaban estos datos, los científicos también han probado la resistencia mecánica del material, utilizando un tensiómetro, para controlar los cambios estructurales en la morfología del polímero al aplicar deformaciones, tal y como si el material se estuviera utilizando en condiciones reales.

Los resultados de esta investigación pueden suponer un gran beneficio para el tratamiento de las fracturas y lesiones óseas, así como para desarrollar nuevos métodos de intervención quirúrgica que eviten siguientes operaciones y promover el desarrollo de nuevas investigaciones en el ámbito de la regeneración de tejidos.

Este material ha sido probado con éxito en ovejas gracias a una colaboración con la Universidad de Queensland (Australia). El siguiente paso es testarlo en otros animales con el objetivo de tener esta técnica disponible para humanos en los próximos cinco años.

El estudio se enmarca dentro del ámbito de la medicina regenerativa, en concreto la ingeniería de tejidos, que se encarga de crear sustitutos biológicos para restaurar funciones de nuestro organismo que se han perdido o deteriorado. Según sus promotores, el progresivo envejecimiento de la población y la búsqueda de tratamientos menos invasivos sitúan a esta ingeniería como una de las técnicas más prometedoras para el bienestar humano.
abril 4/2014 (SINC)