Se busca: Corrosión
Este equipo identifica qué materiales son especialmente adecuados para los implantes óseos autodisolubles
Los tornillos y placas óseas que se disuelven por sí solos tras la curación de un hueso roto prometen ser muy beneficiosos: podrían evitar que algunos pacientes tuvieran que someterse a una cirugía de seguimiento. Un equipo de investigación dirigido por el Helmholtz-Zentrum Hereon ha utilizado un método de rayos X en 3D para determinar por primera vez de forma cuantitativa cómo se disuelven diferentes aleaciones de magnesio con el tiempo en condiciones similares a las del cuerpo. El resultado proporciona indicaciones sobre qué materiales son especialmente adecuados para determinados tipos de implantes. El grupo de trabajo presenta su estudio en la revista online Journal of Magnesium and Alloys.
Los tornillos examinados son diminutos: su diámetro es de 2 milímetros.
Hereon/ Björn Wiese
Las fracturas óseas no siempre se curan por sí solas; a veces la medicina tiene que ayudar: Para que crezcan mejor, los huesos dañados se fijan con tornillos, clavos o placas. Hasta ahora, estos implantes solían ser de materiales permanentes, como el acero inoxidable o el titanio. Por lo general, hay que volver a retirarlos una vez que el hueso ha sanado. Para quienes se han recuperado, especialmente los niños en edad de crecimiento, esto significa otra operación.
Una alternativa la ofrecen los implantes que se disuelven en el cuerpo de forma natural a medida que los huesos vuelven a crecer. El magnesio se considera un candidato prometedor para estos implantes disolubles: Este metal ligero es compatible con el cuerpo y, de todos modos, el cuerpo de cada persona contiene unos 25 gramos de magnesio depositados en diferentes formas. Además, los fluidos corporales lo disuelven continuamente. Hasta ahora, dos empresas alemanas ofrecen este tipo de implantes disolubles para dos aplicaciones clínicas diferentes: para stents vasculares y para la fijación de huesos. La investigación se centra en comprender el principio con más detalle para poder aplicarlo a otros casos, sobre todo a la terapia de fracturas óseas.
Ni demasiado rápido, ni demasiado lento
Los implantes no están hechos de magnesio puro, sino de aleaciones en las que se mezclan otras sustancias en el metal ligero, por ejemplo, el gadolinio. "Esto permite ajustar específicamente el tiempo que un tornillo óseo permanece estable en el cuerpo antes de desaparecer gradualmente", explica el Dr. Björn Wiese, del Instituto de Biomateriales Metálicos de Hereon. La pregunta que los investigadores quieren responder es qué efecto tiene el contenido de la aleación: ¿Cómo afecta exactamente el contenido de gadolinio a la resistencia del implante y a su comportamiento de degradación? Se trata de buscar un buen compromiso: si una aleación se descompone demasiado rápido, no estabilizaría el hueso el tiempo suficiente. Si permanece demasiado tiempo en el cuerpo, se corre el riesgo de sufrir posteriormente molestias físicas o incluso complicaciones.
Para responder a esta pregunta, los investigadores pusieron en marcha una ambiciosa serie de experimentos en las líneas de luz Hereon del Deutsches Elektronensychrotron de Hamburgo. El estudio fue financiado por los proyectos del BMBF SynchroLoad y MgBone. Además de Hereon, el Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT) también participó en el estudio. "Produjimos tornillos de diferentes aleaciones, una con un cinco por ciento de gadolinio y otra con un diez por ciento", describe Wiese. Los investigadores colocaron estas muestras en placas de Petri llenas de mezclas de sales, vitaminas y proteínas similares a los fluidos corporales y las expusieron a condiciones similares a las del cuerpo en incubadoras durante hasta 8 semanas. Utilizaron dos métodos para comprobar varias veces cómo cambiaban los tornillos con el tiempo: En primer lugar, midieron con precisión el avance de la pérdida de peso y, en segundo lugar, tomaron imágenes con una técnica especial llamada tomografía microcomputada (TC). Funciona de forma similar al escáner de TC de un hospital, pero proporciona imágenes mucho más detalladas con una resolución de sólo unos pocos micrómetros.
Más estabilidad gracias al gadolinio
A la izquierda, se puede ver el tornillo antes de la prueba de degradación. A la derecha, el mismo tornillo después de 56 días in vitro sin productos de degradación. La degradación debida a la corrosión puede verse claramente aquí. La superficie ha cambiado. Foto: Krüger et. al 2021
Tal y como se esperaba, el grupo de trabajo pudo observar mediante el examen de micro-CT que las puntas o dientes de la rosca del tornillo son las primeras en disolverse y gradualmente se redondean. En cambio, la corrosión en los valles de la rosca no progresa con tanta fuerza. Otro resultado: "La aleación de magnesio con un cinco por ciento de gadolinio se corroe mucho más rápido que la que tiene un diez por ciento", dice Wiese. Extrapolando, un tornillo con bajo contenido de gadolinio se habría disuelto completamente en el cuerpo después de poco más de cuatro años. Un tornillo con más gadolinio, en cambio, sólo habría desaparecido por completo al cabo de unos ocho años. Esto significa que si se requiere una estabilización a largo plazo después de una fractura ósea, es mejor implantar tornillos de magnesio con el mayor contenido de gadolinio.
Los científicos también pudieron ver cómo el proceso de fabricación - girar el tornillo a partir de una barra de magnesio-gadolinio - afecta al comportamiento de la corrosión: "En la aleación más resistente con mayor contenido de gadolinio, la capa de deformación era menos profunda, lo que influye en la corrosión", explica Wiese. Sin embargo, sigue siendo cuestionable el efecto de la abrasión por la herramienta de torneado en el comportamiento de la corrosión de los tornillos: por ejemplo, el hierro podría desprenderse de la herramienta durante el torneado, adherirse a la superficie del tornillo y provocar una rápida degradación. También quedan abiertas otras cuestiones de investigación: ¿Cómo afectan los átomos de magnesio y gadolinio que se desprenden gradualmente del implante a la formación de hueso nuevo? ¿Y es más beneficiosa para ello una corrosión más rápida o más lenta? Son preguntas que los expertos de Hereon abordarán pronto en una nueva serie de experimentos.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Diana Krüger, Berit Zeller-Plumhoff, Björn Wiese, Sangbong Yi, Marcus Zuber, Florian Wieland, Julian Moosmann, Regine Willumeit-Römer: „Assessing the microstructure and in vitro degradation behavior of Mg-xGd screw implants using μCT“, in Journal of Magnesium and Alloys
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