Los investigadores han desarrollado una técnica para recubrir implantes de polímeros con una película bioactiva que aumenta significativamente la unión entre el implante y el hueso circundante en un modelo animal. El avance podría mejorar significativamente la tasa de éxito de dichos implantes, que a menudo se usan en cirugías de columna vertebral.El trabajo fue realizado por investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, la Universidad de Cambridge y la Universidad de Texas en San Antonio.
El polímero en cuestión se llama poliéter éter cetona, o PEEK, que tiene propiedades mecánicas similares al hueso, lo que lo hace atractivo para su uso en implantes espinales. Sin embargo, el PEEK no se adhiere bien al hueso. Para ese fin, los investigadores habían previamentedesarrolló una técnica para recubrir PEEK con una sustancia llamada hidroxiapatita HA, que es un fosfato de calcio que se adhiere bien al hueso. Los estudios de prueba de concepto fueron prometedores, pero los investigadores solo pudieron aplicar el recubrimiento de HA a superficies planas yno había probado implantes recubiertos con HA en un modelo animal.
"Ahora podemos usar nuestra técnica para recubrir toda la superficie de un implante, y probar implantes recubiertos con HA en un modelo animal nos ha dado resultados muy prometedores", dice Afsaneh Rabiei, profesora de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC Statey autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo.
El primer paso de la técnica de recubrimiento de HA, que se desarrolló en el laboratorio de Rabiei, recubre un implante PEEK con una película delgada de zirconia estabilizada con itria YSZ. El segundo paso aplica un recubrimiento de HA. Los investigadores luegocalienta la capa de HA usando microondas. La capa de YSZ actúa como un escudo térmico, evitando que el PEEK se derrita. Mientras tanto, el calor le da al HA una estructura cristalina que lo hace más estable en el cuerpo, lo que significa que el fosfato de calcio se disolverá más lentamente- Promueve la unión con el hueso circundante.
En su nuevo estudio, los investigadores probaron tres tipos de implantes de PEEK en un modelo de conejo: implantes de PEEK sin recubrimiento; implantes de PEEK con un recubrimiento de HA tratado solo con microondas; e implantes de PEEK con un recubrimiento de HA tratado con microondas y exposición brevea un autoclave para mejorar la estructura cristalina de HA.
Los investigadores utilizaron evaluaciones microscópicas de células de tejido e imágenes de rayos X tridimensionales para evaluar el rendimiento de los tres tipos de implantes. Dieciocho semanas después de la cirugía, los investigadores encontraron que ambos tipos de implantes recubiertos con HA tenían más del doble deformación ósea de PEEK solo, con densidad ósea comparable. Los implantes tratados con HA también tuvieron relaciones de contacto hueso-implante más altas que PEEK solo.
"Estos resultados indicaron una mejor fijación del implante en el cuerpo, disminuyendo las posibilidades de aflojamiento del implante después de la cirugía y la necesidad de una cirugía de revisión para extraer y reemplazar el implante", dice Rabiei. "Esta mejora se debe al aumento del hueso regeneradovolumen alrededor de implantes recubiertos en comparación con PEEK sin recubrimiento "
Los investigadores también realizaron pruebas biomecánicas en los implantes, evaluando su "resistencia" o qué tan bien se adhirió el implante al hueso circundante.
Para probar esto, los investigadores llevaron a cabo lo que se denomina prueba de expulsión biomecánica, en la que se aplica fuerza a un implante hasta que se desaloja. Estos resultados se miden en términos de trabajo como Newton milímetros N-mm.
A las 18 semanas, se necesitaron aproximadamente 299.1 N-mm de trabajo para desalojar los implantes recubiertos con HA tratado con microondas y aproximadamente 312.5 N-mm para desalojar los implantes recubiertos con microondas y HA tratado con autoclave. Esto se compara con aproximadamente 183.9 N-mmde trabajo necesario para desalojar implantes PEEK no modificados.
"Es notable que estos resultados se lograron en superficies completamente lisas de PEEK, mientras que nuestros estudios posteriores han indicado que al aumentar ligeramente la rugosidad de la superficie de PEEK antes del recubrimiento, podemos lograr una resistencia de adhesión aún mayor de HA / dos capasLos recubrimientos YSZ que requerirían un trabajo aún mayor para desalojar ", dice Rabiei.
dice que si se observa el crecimiento óseo o la dureza, las muestras con recubrimiento de HA superaron a los implantes de PEEK sin recubrimiento ", dice Rabiei." Este tratamiento probablemente aumentará el costo de un implante marginalmente, pero debería ayudar a minimizar la necesidad de cirugías de seguimiento:lo que significa que los implantes tratados con HA serán más que rentables con el tiempo "
"Y el alcance del aumento de costos sigue sin estar claro", agrega Rabiei. "No tenemos conocimiento de ningún riesgo para la salud asociado con HA o YSZ, los cuales se usan en dispositivos ya aprobados por la FDA para la implantación a largo plazoComo resultado, es posible que no necesitemos ensayos clínicos adicionales antes de que los implantes recubiertos con HA puedan usarse en la práctica clínica. Estamos investigando eso ahora y estamos buscando socios de la industria que nos ayuden a comercializar la técnica ".
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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