La prótesis de rejuvenecimiento de cadera que se utiliza actualmente en cirugías está fabricada con una aleación de cobalto, cromo y molibdeno. Pero este metal no es bien tolerado por todos los pacientes, algunos de los cuales desarrollan reacciones alérgicas o infecciones. En algunos casos, incluso puede ser necesario retirar la prótesis. A través del proyecto Ceramic Bonepreserver, El Instituto Fraunhofer de Tecnologías y Sistemas Cerámicos IKTS ha desarrollado una nueva prótesis de revestimiento cerámico que consta de capuchón femoral y acetábulo monobloque, que tienen una mayor biocompatibilidad y, sin embargo, son tan estables y fuertes como sus homólogos metálicos.

Las operaciones de la articulación de la cadera son uno de los procedimientos más comunes en los hospitales alemanes. De hecho, según la Oficina Federal de Estadística de Alemania, aproximadamente 220, 000 articulaciones de cadera artificiales se implantan cada año, generalmente debido a accidentes y al desgaste que suelen experimentar las personas mayores.

Una aleación compuesta de cobalto, el cromo y el molibdeno es uno de los materiales más utilizados. Sin embargo, La abrasión del metal a menudo conduce a problemas como la temida condición de metalosis, con el paciente finalmente sufriendo de irritación, reacciones alérgicas, infecciones o incluso pseudotumores. Los iones metálicos también se pueden detectar en sangre y tejidos. Si lo peor llega a lo peor, es posible que el paciente deba someterse a otra operación y que le retiren la prótesis.

Una innovadora prótesis de rejuvenecimiento basada en cerámica es mucho más biocompatible, ya que la cerámica no provoca reacciones alérgicas ni infecciones. La prótesis fue desarrollada por Fraunhofer IKTS como parte del proyecto conjunto Ceramic Bonepreserver, una colaboración con el fabricante de dispositivos médicos Mathys Orthopädie GmbH.

Reconstrucción que conserva el hueso para una mejor biocompatibilidad

Además de una alta biocompatibilidad, la prótesis de rejuvenecimiento sin metal también ofrece más beneficios. "La prótesis de rejuvenecimiento de cerámica permite la reconstrucción endoprotésica de la articulación de la cadera que conserva el hueso, "explica la directora de proyecto Martina Johannes de Fraunhofer IKTS en la ubicación de Hermsdorf.

Esta innovadora prótesis de rejuvenecimiento es una combinación de capuchón femoral y acetábulo monobloque. Durante la cirugía, el casquete femoral se implanta en el fémur, y su contraparte, el acetábulo, anclado en el hueso de la cadera. Las superficies que finalmente quedarán encerradas por el hueso están estructuradas para mejorar la adherencia de las células óseas. A diferencia de, el área de contacto de la articulación artificial entre el acetábulo y el elemento esférico del casquete femoral es completamente lisa para permitir un movimiento fluido y sin esfuerzo de la pierna.

Producción de cerámica ATZ con tamaños de grano en el rango nanométrico

Fraunhofer IKTS tiene muchos años de experiencia en la producción y procesamiento de materiales cerámicos, incluido el proceso de formación utilizado en ingeniería médica, donde los requisitos en términos de precisión y fiabilidad son especialmente elevados. El equipo de Martina Johannes ha optimizado aún más los pasos del proceso para el proyecto Ceramic Bonepreserver. En el primer paso los materiales cerámicos adquiridos, óxido de aluminio y dióxido de circonio, están finamente dispersos. Usando esto como base, los investigadores crean una suspensión ultrapura. "Las partículas deben distribuirse uniformemente en la suspensión para garantizar la calidad del producto final, que debe estar completamente libre de poros, impurezas u otros defectos. Los implantes médicos deben estar libres de defectos, "dice Johannes.

A continuación, se forma el acetábulo mediante el proceso de fundición en barbotina, un método que es común en la producción de porcelana tradicional y fue desarrollado en Fraunhofer IKTS. Los productos alcanzan sus propiedades finales durante el proceso de sinterización, que es el último paso. "Con cerámica de dispersión de circonio endurecido con alúmina sinterizada (ATZ), logramos una estructura con un tamaño de grano entre 310 y 320 nanómetros, "dice Johannes. En comparación, los granos de café muy finos utilizados para el espresso tienen un tamaño de grano de 250 micrómetros, que es alrededor de 1000 veces más grande.

El grupo de trabajo de Martina Johannes está certificado de acuerdo con la norma EN ISO13485 para la producción y desarrollo de materiales y componentes de ingeniería médica y, por lo tanto, se somete a pruebas rigurosas de forma regular.

Resistencia excepcional y estabilidad a largo plazo

¿Qué pasa con la resistencia y estabilidad de los implantes cerámicos? Los investigadores de Fraunhofer han realizado una serie de pruebas para determinar qué tan robusto y estable es el material. "Doblando, Las pruebas de presión y carga han revelado que las prótesis de cerámica son al menos tan estables y robustas como un producto hecho de metal. El resultado son prótesis de rejuvenecimiento que demuestran una mayor facilidad de uso y son bien toleradas por las personas. "dice Johannes.

El proyecto conjunto Ceramic Bonepreserver se completó en septiembre de 2020 y fue apoyado por el estado alemán de Thüringen con 800, 000 euros. El proyecto llega en el momento adecuado:los expertos en salud predicen que, a medida que aumenta la esperanza de vida, asi que, también, será el número de operaciones de la articulación de la cadera, ya que la mayoría de las cirugías se realizan en el grupo de edad de 70 a 80 años. Las prótesis de cerámica para la articulación de la cadera contribuyen en gran medida a garantizar que las operaciones y el posterior proceso de cicatrización estén prácticamente libres de dolor y sin complicaciones.