Dr. Eric Noé Hernández Rodríguez
Departemento de Ingeniería Mecánica,
División de Ingenierías,
Campus Irapuato-Salamanca,
Universidad de Guanajuato
La fractura de huesos es considerada un problema de salud pública a nivel mundial, se estima que, teniendo a la osteoporosis como causa, cada tres segundos se produce una fractura. En México, por esta misma causa una de cada 12 mujeres y uno de cada 20 hombres con edad superior a 50 años sufre una fractura, y se estima que para el año 2050 esta cifra tenga un incremento aproximado de 400%, pasando de 29,732 casos actuales a alrededor de 150,000. El número de casos de fractura es más alarmante cuando se suman otras causas, como los accidentes. Esta problemática ha generado gran interés en la comunidad científica y, en la actualidad, un creciente número de esfuerzos de investigación se llevan a cabo sobre diferentes formas de dar solución óptima al proceso de curación de los huesos fracturados. Para ello, una gran cantidad de estudios se han centrado en el diseño y desarrollo de materiales para la fabricación de implantes ortopédicos. Los implantes ortopédicos son piezas que permiten sujetar a los huesos fracturados mientras la lesión sana, o sustituir su función. De esta manera, materiales como los aceros o las aleaciones de titanio y cobalto se han estado empleando para la fabricación de implantes, ya que poseen propiedades físicas y químicas que les permiten cumplir con su función mecánica por periodos de tiempo largos sin degradarse, resistiendo la corrosión y el desgaste cuando están implantados en el cuerpo humano. Sin embargo, en implantes ortopédicos temporales (que se retiran cuando la lesión ya ha sanado), esta misma durabilidad hace que se requiera una segunda intervención quirúrgica para la extracción del implante. Lo cual, genera altos costos, tanto para el paciente como para los sistemas de salud, además de que incrementa los riesgos para la salud del paciente. No obstante, la extracción debe de hacerse de forma oportuna, ya que se pueden generar problemas como hipersensibilidad, sarcoma, inflamación de tejidos o disminución de la densidad mineral ósea, entre otros.
Una alternativa viable para evitar la cirugía de extracción en implantes ortopédicos temporales es la fabricación de implantes bio-absorbibles o también llamados biodegradables, es decir, aquellos que cumplan con su función mecánica durante el tiempo necesario para la curación de una fractura, y que posteriormente sean biodegradados y absorbidos de manera controlada por el organismo. Para su desarrollo, actualmente existe una intensa actividad de investigación sobre diversos materiales metálicos que han mostrado propiedades de biocompatibilidad y biodegradabilidad, tales como el hierro, el zinc y el magnesio. Dentro de ellos, el magnesio ha cobrado un interés especial, ya que tiene importantes ventajas, como bajo costo, sus propiedades mecánicas son muy parecidas a las del hueso humano, y además promueve la regeneración del hueso y acelera la curación de la zona afectada.
En la industria, para la fabricación de piezas metálicas con geometrías específicas, como lo serían los implantes biodegradables, se usan métodos convencionales como mecanizado, moldeo por inyección, extrusión o CNC. Estos procesos están bien establecidos desde hace ya varias décadas, pero en la actualidad su uso está siendo cuestionado debido al alto consumo energético que implica generar el producto final, los tiempos largos de producción, y la generación de gran cantidad de material de desperdicio, ya que la mayoría emplea la remoción de material de una pieza (en forma de barra, lámina o placa) para darle la forma final. Por esta razón, los recientes avances en manufactura aditiva (impresión 3D) de metales han cobrado gran importancia, ya que esta nueva tecnología permite fabricar piezas complejas, a medida y, en el momento. Destacando el hecho de que se optimiza la producción, puesto que no hay necesidad de construir moldes o partir de una pieza con geometría distinta, reduciendo de forma significativa la generación de residuos, la energía de fabricación y por tanto los costos de producción. Se ha demostrado que el proceso de impresión 3D permite fabricar piezas complejas que los métodos convencionales no pueden producir, se puede minimizar su peso al manipular la estructura interna de la pieza, es posible reducir el número de componentes para ensamble, las piezas obtenidas presentan buenas propiedades físicas y químicas, y es posible utilizar materiales difíciles de procesar por otros métodos.
Por lo anterior, en el Grupo de Investigación en Materiales liderado por el Dr. Eric Noé Hernández en la División de Ingeniería del Campus Irapuato de la Universidad de Guanajuato se está desarrollando investigación básica y aplicada con la finalidad de producir un prototipo de impresora 3D para metales, en el que sea posible la fabricación de piezas de magnesio para implantes ortopédicos. Si bien, en la actualidad existen equipos comerciales con esta finalidad, su precio ronda los $100,000 dólares, por lo que su adquisición no resulta factible. Así, con la investigación que se lleva a cabo en el grupo mencionado, se pretende desarrollar un equipo de bajo costo para realizar actividades de investigación en la impresión 3D de metales, pero también se busca desarrollar tecnología propia, susceptible de ser patentada. Con ello, se pretende contribuir en la generación de una solución al alto costo, y los riesgos a la salud que implica, una cirugía de extracción de un implante temporal. Actualmente, el grupo cuenta con una patente en proceso y con artículos de investigación derivados de la investigación que realiza en la aplicación del magnesio en el desarrollo de implantes ortopédicos biodegradables. Se espera que en el mediano plazo se tenga un producto capaz de ser transferido a la industria para posteriormente ser comercializado. También, el grupo se ha dado a la tarea de formar capital humano a nivel licenciatura y posgrado en el área de materiales para dar solución a otros problemas relevantes en el contexto nacional e internacional.
Fecha de publicación: 13 de diciembre de 2022.
