Por Alejandro Ramos de la Peña
La ortopedia siempre se ha beneficiado de las características que presentan algunos metales como son dureza, resistencia al desgaste, biocompatibilidad, etc. En el caso específico de los implantes ortopédicos los metales más utilizados hasta la fecha han sido aleaciones de cromo-cobalto, acero inoxidable, y titanio.
Se ha establecido una nueva era en los metales biocompatibles gracias al desarrollo de las nanoestructuras. Científicos del Laboratorio Nacional de Los Alamos y diversos institutos científicos en Rusia han trabajado de manera conjunta para desarrollar métodos que permitan modificar la estructura interna de cualquier metal a nivel nanométrico. Esta es la escala en la que se encuentran decenas o centenas de átomos agrupados y en la que se llevan a cabo diversos procesos biológicos. Al modificar la estructura de los metales a este nivel se incrementa la interacción de los metales con los tejidos humanos favoreciendo la osteointegración del tejido óseo en los espacios de las aleaciones metálicas.
Los bloques de construcción fundamentales del cuerpo humano son las células, mientras que los metales están constituidos de cristales a los cuales se les conoce como granos, los cuales tiene un tamaño promedio de 20 a 80 micrómetros, un poco menos del diámetro de un cabello humano, el cual mide aproximadamente 100 micras de diámetro. Las células formadoras de hueso u osteoblastos son menores a los granos metálicos, con dimensiones entre las 4 y 10 micras. Cuando entran en contacto los osteblastos con la superficie de un metal, estos se agregan y un grupo de ellos cubren a un solo grano. Para fines de fijación esta relación de varios a uno solo, no es lo ideal para los implantes metálicos. Los procedimientos actuales de tratamiento de superficies metálicas tienen como objetivo incrementar los espacios entre los granos y aumentar la porosidad para favorecer la interrelación mecánica entre hueso y metal.
Gracias al advenimiento de los metales nanoestructurados, se generan configuaraciones de granos ultrafinos (ver figura en donde compara el número de granos incluidos en 20 micras) en donde la interacción entre los tejidos y el metal puede llevarse a cabo en cualquier superficie o en el cuerpo mismo del implante sin necesidad de tratamientos superficiales especiales. Los investigadores han evaluado el crecimiento de fibroblastos, pre osteoblastos y células madre en titanio nanoestructurado, encontrando un incremento en la adhesión y proliferación de las células en un factor de veinte.
Otra de las ventajas de la nano-estructuración es que aumenta la fuerza de los metales, sin alterar su composición química. Por lo tanto, el aumento de la fuerza de los metales puros pueden llegar a niveles comparables, e incluso mayor que las aleaciones de alta resistencia de hoy en día. Por ejemplo, la fuerza de titanio comercialmente puro (grado 4) puede aumentar a partir de su rango típico de 400MPa a 700MPa, a un rango entre 1.200 a 1.400 MPa. Este aumento permite que los dispositivos ortopédicos, tales como los dispositivos de la columna vertebral o de cadera sean más fuertes y más compactos. Además de la dureza, se mejoran las características de los metales como son resistencia a cargas cíclicas, resistencia a la corrosión y facilidad de maquinado.
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