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Un mejor disco para la reparación de la espalda
El dolor de espalda causado por un disco intervertebral dañado a menudo requiere cirugía, lo que significa reemplazar el disco con un implante de plástico o metal o quitar el disco y fusionar los adyacentes. Un nuevo tipo de disco de reemplazo, que consiste en un andamio sembrado con células vivas, podría aliviar el dolor de espalda sin muchos de los efectos secundarios causados por los enfoques quirúrgicos existentes.
Impresión en frío: El material que se muestra aquí actúa como un andamio para un disco intervertebral artificial que contiene células vivas.
Investigadores de la Universidad Médica de Carolina del Sur hicieron un disco de reemplazo prototipo imprimiendo un andamio exterior y luego sembrando el andamio con células vivas. El andamio imita de cerca la microestructura intrincadamente estratificada de un disco intervertebral real, y es el primer paso hacia la fabricación de un implante que pueda realizar las mismas funciones de apoyo y absorción de impactos que el original. envuelto en tejido vivo podría repararse a sí mismo, y el acceso constante al suministro de sangre reduciría el riesgo de infección después de la cirugía.
Un disco intervertebral, o IVD, tiene la forma de una rosquilla de gelatina, con un centro suave y elástico y una capa exterior fibrosa más resistente. Intercalado entre las vértebras de la columna, el disco define y apoya el movimiento de la columna, manteniendo los huesos en su lugar y permitiendo que la columna en su conjunto se doble y gire. Los discos también actúan como amortiguadores, amortiguando los impactos en la columna. Cuando un disco se desgasta, la presión a lo largo de la columna se distribuye de manera desigual y, si las vértebras se desplazan aunque sea levemente, estiran los nervios que rodean la columna y causan dolor. Si el ejercicio y la fisioterapia no brindan alivio, es posible que se requiera cirugía.
Sin embargo, la fusión espinal restringe la flexión y la torsión en la sección fusionada de la columna, por lo que algunos cirujanos defienden el método del implante. Ninguno de nosotros nacimos con espinas fusionadas, dice Barton Sachs , profesor de ortopedia en la Facultad de Medicina de Carolina del Sur, que realiza cirugías de implantes de disco de forma rutinaria y que no estaba relacionado con el nuevo trabajo. La fusión de dos huesos puede aumentar la presión sobre los segmentos vecinos, desgastando otros discos, dice Sachs. Un implante no solo conserva el movimiento, sino que el tiempo de recuperación de la cirugía de implante es más corto. Funciona muy bien, dice Sachs. [Los pacientes] salen más rápido del hospital; vuelven a sus estilos de vida más rápido.
Pero los implantes que se utilizan actualmente no absorben los golpes. Está colocando materiales que parecen medievales, y ese es el estado de la práctica clínica actual, dice Robert Mauck , profesor de cirugía ortopédica e ingeniería de tejidos en la Universidad de Pennsylvania. Mauck está trabajando en una mejora competitiva para los implantes de disco.
Investigadores de la Universidad Médica de Carolina del Sur, dirigidos por Xuejun Wen , profesor de bioingeniería y medicina regenerativa en la Universidad de Clemson y la Universidad Médica de Carolina del Sur, trató de imitar de cerca la arquitectura natural del disco, para que pueda realizar las mismas funciones que el original.
Primero, modelaron la compleja estructura interna del disco en una computadora. Luego extruyeron poliuretano disuelto a través de una punta de micropipeta de vidrio fino en una plataforma mantenida a -4 grados Celsius. La temperatura fría de la base hizo que cada capa impresa se solidificara rápidamente y permitió que las capas sucesivas se apilaran y mantuvieran su forma. Si no lo enfría muy rápido, no obtendrá la estructura que desea, dice Wen. Finalmente, el grupo sembró células bovinas en el andamio para probar si la estructura apoyaba el crecimiento celular. Estos crecieron para llenarlo durante 19 días, después de lo cual se descubrió que las células se habían organizado como lo harían en un disco natural.
Es una aplicación inteligente de fabricación aditiva y un trabajo emocionante, dice James Iatridis , profesor de ortopedia y neurocirugía en la Escuela de Medicina Mount Sinai, en Nueva York. Pero Iatridis agrega que varios enfoques alternativos que involucran la reparación biológica se están acercando a los ensayos clínicos o en etapas más avanzadas de desarrollo.
Si bien el nuevo trabajo de Wen y su grupo se acerca más a replicar la microestructura de un disco real, su rendimiento aún no se ha probado. En los próximos meses, los discos se probarán en ratas. Todavía estamos tratando de comprender cuán complicadas deben ser nuestras soluciones de ingeniería para restaurar la función, dice Mauck.