Biotecnología 'muelle' para reemplazar huesos: la revolución 3D de un laboratorio del Instituto Tecnológico de Canarias

En Europa se implantan cada año alrededor de 1,7 millones de prótesis, según la Real Academia de Ingeniería (RAI). En la industria que produce en cadena estos recambios anatómicos, los más pretendidos son los articulares, como de rodilla o cadera; otros suponen soportes algo más complejos, por ejemplo para el cráneo o la caja torácica. Sin embargo, hay stock de prótesis, pero el hándicap está en la falta de adaptabilidad al cuerpo. Frente a eso, el equipo del departamento de Ingeniería Biomédica del Instituto Tecnológico de Canarias (ITC) desarrolla una nueva generación de implantes, más dinámicos y porosos, para convertirse en un andamio que acompaña, activa el tejido y previene al paciente de volver a pasar por quirófano.

Casi dos decenios avalan la trayectoria de este laboratorio del ITC coordinado por Donato Monopoli, periodo en el que han afinado sus propias patentes de implantes dirigidas a casos clínicos complejos. Desde el ‘Silicon Valley’ de Pozo Izquierdo, han conseguido posicionar sus prótesis diseñadas en 3D, en primera línea de la práctica clínica. Usan una tecnología de titanio poroso —porous TTA—, menos invasiva, biocompatible y estable a largo plazo, algo especialmente relevante en pacientes oncológicos que han sufrido resecciones amplias tras la extirpación de tumores y necesitan reconstrucciones óseas.

Regenerar hueso

La impresión 3D nanoscópica les permite diseñar una red interna en la prótesis, y así facilitar la vascularización al crear canales interconectados por los que penetran vasos sanguíneos, una condición indispensable para que el tejido cicatrice y se mantenga vivo. Esa porosidad promueve la osteointegración, que es la unión directa y funcional entre el hueso del paciente y la superficie del implante. El hueso nuevo crece dentro de esa estructura y se ancla al titanio.

En total, el equipo diseña y fabrica en torno a 120 implantes personalizados al año. Parte de esa actividad se desarrolla en colaboración directa con el sistema público, ya que una decena de estas intervenciones corresponden a pacientes oncológicos del Servicio Canario de la Salud (SCS).

Osteobionix y Biosurgex

La actividad comercial se organiza en dos filiales: las empresas, modelos spin-off del ITC, —una fórmula habitual en investigación para llevar al mercado tecnologías desarrolladas en un laboratorio público—, están entre las pioneras europeas en impresión 3D metálica aplicada a implantes a medida desde 2011. La primera, bautizada como Osteobionix se centra en la aplicación clínica en pacientes, con diseños personalizados de implantes. Y, por otro lado, Biosurgex traslada esa misma tecnología al ámbito veterinario.

«Si le das los inputs adecuados, es más eficaz lo que hace el cuerpo mismo», señala Monopoli. El equipo ha desarrollado un sistema de planificación personalizada que convierte el TAC del paciente en un modelo digital sobre el que se diseña toda la intervención. Antes de entrar en quirófano ya están definidas las instrucciones de los cortes, los puntos de fijación y la posición en la que irá el implante, de modo que la operación se ejecuta siguiendo una estrategia previamente ensayada.

El titanio, ‘ingrediente’ predominante en estos "trajes hechos a medida", es muy sensible al oxígeno, por lo que la producción debe realizarse en atmósferas inertes: «Si fabricas con oxígeno, el resultado es tipo galleta María…, se deshace», cuenta Monopoli. Por eso, todo el sistema trabaja con argón, un gas inerte que lo protege, como si estuviera en una burbuja.

Tecnología muelle

En las reconstrucciones de pared torácica, el equipo ha desarrollado lo que internamente describen como una «tecnología muelle», un diseño estructural que permite que el implante no sea una placa rígida, sino un sistema capaz de deformarse y recuperar su forma acompañando el movimiento natural de la respiración.

La caja torácica no es un bloque inmóvil. Funciona como un acordeón que se expande y se contrae miles de veces al día, por lo que una solución de prótesis convencional demasiado dura, acaba por fallar o limita la capacidad pulmonar del paciente «hasta un 20%». Mediante fabricación aditiva, en el ITC han dado con el remedio: entramados metálicos sujetos al esternón, a partir de un titanio elástico que funciona como un resorte biomecánico parte de las costillas.

Paralelamente, el equipo ha incorporado una fase de activación biológica que contempla la colonización del andamiaje por células pluripotentes autólogas. Es la nueva vertiente experimental, junto con la exploración de nuevos tejidos hiperelásticos, en la que trabajan e investigan en conjunto a centros de Península como el Hospital de San Pau y el Sant Juan de Dios (Barcelona).

El sector veterinario trae al laboratorio los casos «borderline» o límite, los experimentales y complejos: «Hacemos unos milagros que ni Lourdes», bromea el ingeniero. Entre esos prodigios se refieren a reconstrucciones de hocico hasta cirugías de rodilla y roturas del ligamento cruzado.

Monopoli cuenta como, en uno de los casos que han tratado, ayudaron a un paciente con un tumor que había sido operado cinco veces y había agotado las alternativas de cirugías convencionales. Incluso se le sugirió una amputación, pero se negó en firme. Tras dos años de espera y limitación funcional, el equipo ofreció una última opción de protésica diseñada a medida para su brazo. La pieza no le devolvió un rendimiento atlético: «No ha ido a las Olimpiadas, evidentemente», responde con ironía. Pero sí que recuperó funciones básicas de su vida cotidiana: ahora puede comer, peinarse y bañarse con normalidad. Actualmente, el equipo de biomedicina está formado por 24 profesionales y colabora con hospitales y centros en Cataluña, con el Hospital de Cruces en el País Vasco, así como con grupos en Italia, Reino Unido, Países Bajos, Bélgica, Hungría y Estados Unidos.

La impresión 3D permite una precisión milimétrica para el paciente, pero no elimina la complejidad de ensamblar un implante que solo encaja en un paciente específico. Todo empieza con una base de titanio llamada ‘plato’, una especie de bandeja metálica sobre la que se colocan en un software en 3D todas las piezas que se van a fabricar en esa tanda. No solo se imprime la prótesis principal. El espacio se aprovecha al máximo y en los huecos libres se diseñan también tornillos, pequeñas herramientas o brocas específicas para usarse en ese mismo paciente.

La encargada de hacer ese trabajo es la RenAM 500S, una máquina industrial «de medio millón de euros», pero en lugar de imprimir en tinta, emplea polvo de titanio y un láser que funde el material capa a capa hasta conformar la pieza sólida. Al terminar la impresión, las piezas pasan por un proceso de limpieza, revisión y ajustes finales. Entonces dejan de ser un objeto «recién salido de máquina» para convertirse en un implante listo para quirófano.

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