Una nueva revolución en el mundo de los implantes: los microandamios de carbono

El grafito (carbono) es un material bio-inerte, no se degrada en condiciones fisiológicas, no estimula la llamada diferenciación celular ni tiene grupos funcionales activos. Y para completar estas propiedades, tiene una densidad cercana a 2 g/cm3, un poco superior a la del Mg, pero menor que el Al o el Ti. Aparentemente podría ser un excelente biomaterial para fabricar implantes, ya que con todo esto, sumado a sus buenas propiedades mecánicas, harían un excelente candidato. Pero, ¿por qué no existen implantes de carbono? Hay distintas causas: es difícil fabricar un grafito poroso que permita la llamada osteointegración, es decir, que permita el crecimiento del hueso en el implante. Y el grafito además es quebradizo y puede liberar partículas que a su vez pueden generar inflamaciones. Estamos ante un material muy interesante para una aplicación concreta, pero las pegas superan a las ventajas. Pero si pudiéramos fabricar “andamios” (“scaffolds”) tridimensionales con carbono puro, por impresión 3D, podríamos conseguir formas complejas (y personalizadas) con propiedades mecánicas apropiadas, aptitud frente a la osteointegración, bajísimas densidades y total biocompatibilidad. Este sería un material muy interesante que competiría con los ya clásicos (aceros inoxidable y titanio) y también con el recién llegado magnesio. Hasta ahora eso no era posible. No sabíamos construir por impresión 3D scaffolds de carbono puro. Lo más parecido eran estructuras 3D, pero donde el carbono (en este caso fibra de carbono) está embebido en un polímero, con perdida de la biocompatibilidad.

Podemos decir que en el mundo de los implantes personalizados "hay un chico nuevo en la oficina

Pero eso ha pasado a la historia, porque un grupo del instituto IMDEA Materiales ha dado con la solución. A través del proyecto 3D-Carbon, son capaces de fabricar micro-andamios de carbono puro, tridimensionales y personalizados, por fabricación aditiva, biocompatibles y susceptibles de ser usados para implantes. Y de alguna manera, lo que han hecho es, como en muchas ocasiones, copiar el fundamento de una buena idea. Cuando se descubrieron las posibles buenas capacidades de la fibra de carbono, se buscan métodos para poder obtenerla de forma barata y abundante, y se desarrollan tecnologías que se basan en “carbonizar”, a través de un proceso térmico, una fibra de polímero (fácil de hilar y de usar para fabricar tejidos). Y entre otros, se utilizó el Polyacrilo-Nitrilo (PAN), un polímero que se utilizaba para fabricar prendas de vestir. Esto permitía fabricar en dos o tres dimensiones y luego, al carbonizar, nos quedaba esa estructura en fibra de carbono. Con este “truco” también se desarrollaron composites carbono-carbono, utilizados en la industria aeronáutica.

El proceso que se ha desarrollado a través del proyecto 3D-Carbon, y publicado en la revista Small Structures, utiliza un polímero, el polyethylen-glycol diacrylato (PEGDA) que es fácilmente procesable por impresión 3D, permitiendo la fabricación de “scaffolds” complejos. Pero hay que dar el paso a su transformación en carbono, y eso se hace a través de un proceso “pirolítico” a alta temperatura y en ausencia de oxígeno, en el que el polímero se descompone y forma carbono. El PEGDA es, además, una resina fotosensible, que puede imprimirse mediante un sistema de impresión 3D basado en la fotopolimerización con luz ultravioleta, capa por capa. Durante el proceso de pirólisis, las estructuras originales experimentan una contracción geométrica significativa (de hasta un 80 %), conservando su geometría original. Esta contracción permite una mayor resolución de impresión en comparación con el proceso de impresión 3D, lo que permite la fabricación de geometrías de poros similares a las del hueso nativo. Estas micro-redes ofrecen una excepcional combinación de procesabilidad, biocompatibilidad, resiliencia mecánica y adaptabilidad superficial. Además, su posible compatibilidad con la monitorización por resonancia magnética presenta una ventaja notable frente a los implantes metálicos. Podemos decir que en el mundo de los implantes personalizados “hay un chico nuevo en la oficina”.