Imprimir hueso artificial

En un nuevo y espectacular avance en el campo de la construcción de estructuras mediante impresión en 3D, un grupo de investigadores está ya experimentando con impresoras y un material sintético que emula en algunos aspectos al hueso. El objetivo a largo plazo es fabricar piezas óseas a la medida de cada paciente, con la ayuda de programas informáticos no muy distintos a los que emplean los ingenieros industriales para diseñar piezas de máquinas, y luego insertar esos "huesos" allá donde se deba reemplazar a los dañados, logrando resultados casi tan buenos como si el paciente tuviera un hueso natural en ese sitio. Un rasgo clave del hueso, que ha sido difícil imitar en materiales sintéticos, es lo bien combinados y compenetrados que están en él dos ingredientes muy diferentes, casi antagónicos. El colágeno es demasiado blando y elástico para mantenerse firme ante el peso del cuerpo. La hidroxiapatita sí puede hacerlo, pero como es muy quebradiza, se rompe con facilidad ante golpes, que, en cambio no afectan al colágeno. La forma idónea de combinar moléculas de ambos materiales es una de las maravillas "tecnológicas" de la naturaleza, desentrañada, con una precisión casi de átomo por átomo, unos pocos meses atrás por un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos. Crear un material como el hueso es difícil, porque las estructuras jerárquicas que le dan sus propiedades están autoensambladas por medio de reacciones electroquímicas, un proceso que no es fácil reproducir en el laboratorio. Ahora, el equipo de Markus Buehler, del MIT, ha desarrollado un método que supera en buena parte esos obstáculos. Por un lado, él y sus colaboradores disponen de diseños optimizados por ordenador de polímeros blandos y rígidos dispuestos en patrones geométricos que replican los patrones propios de la naturaleza, y por otro, cuentan con una impresora 3D que imprime usando como "tintas" dos polímeros a la vez. Gracias a todo ello, el equipo ha producido muestras de materiales sintéticos que tienen una conducta ante las fracturas similar a la del hueso. Uno de los materiales sintéticos es 22 veces más resistente a las fracturas que el más fuerte de sus dos ingredientes, una propiedad lograda al alterar el diseño jerárquico. Además, estas "piezas óseas" pueden pasar, en unas pocas horas, del modelo digital a la creación de muestras físicas.

Imprimir hueso sintético igual al natural, mediante impresoras 3D, permitiría fabricar piezas óseas capaces de reemplazar a las naturales en personas que lo necesiten. La recreación artística muestra las capas iniciales de impresión de una pieza ósea sobre un substrato temporal. (Imagen: Amazings / NCYT / JMC) ¿Igualarán algún día estos materiales sintéticos las cualidades formidables del hueso? Parece que sí, y además, aunque los patrones geométricos utilizados para esos materiales sintéticos por el grupo de Buehler están basados en los propios de materiales naturales como el hueso o el nácar, los investigadores también están trabajando con nuevos diseños que no existen en la naturaleza. “Como ingenieros, no estamos limitados a los patrones naturales. Podemos diseñar los nuestros propios, los cuales pueden llegar a funcionar incluso mejor que los que ya existen”, explica Buehler. En esta investigación reciente también han trabajado Leon Dimas y Graham Bratzel, del MIT, así como Ido Eylon de la compañía Stratasys, que fabrica impresoras 3D.