Continuando con el tema anterior sobre implantes y prótesis , el mismo grupo científico propuso una tecnología interesante para estudios de laboratorio sobre el comportamiento de un implante ortopédico en condiciones lo más cercanas posible al cuerpo humano. El estudio puede llevarse a cabo in vitro, es decir, sin la participación de animales de laboratorio.
Endoprótesis: reemplazar una articulación o hueso dañado con una prótesis de alta tecnología es una operación compleja que utiliza los materiales metálicos, cerámicos y poliméricos más avanzados.
Cualquier material para el implante se somete a una serie de pruebas, incluida la biocompatibilidad y el comportamiento del material bajo tensión mecánica. Dado que los resultados de tales estudios en condiciones de laboratorio tradicionales son muy diferentes de los indicadores reales de desgaste, para evaluar el comportamiento del implante en un organismo vivo, se implanta en el cuerpo de un animal de laboratorio. Después de un tiempo, generalmente alrededor de un año, se retira el implante y se evalúa la biocompatibilidad y el envejecimiento del material.
Los científicos del Centro de Materiales Compuestos NUST "MISiS" junto con colegas de la Universidad Técnica de Dortmund han desarrollado una tecnología para predecir el desgaste del material de la prótesis bajo tensión mecánica en un entorno cercano al real. Un fluido especialmente sintetizado que simula plasma sanguíneo humano y una instalación servohidráulica de alta tecnología reemplazaron por completo la muestra viva experimental.
Como material de investigación, se utilizó un polietileno biomimético de peso molecular ultra alto desarrollado por científicos del Centro de Materiales Compuestos de NUST "MISiS".
"Proporcionamos material y propusimos el uso de plasma sintético, y nuestros colegas de la Universidad Técnica de Dortmund desarrollaron la tecnología de pruebas de fatiga y realizaron un experimento en sus equipos", comenta Fedor Senatov, Ph.D. - El material fue sometido a dos tipos de carga mecánica, simulando la carga del fémur y la tibia: cíclica y estática. Gracias a este experimento, demostramos que es posible predecir in vitro el comportamiento de un implante ortopédico en un cuerpo humano sin recurrir a pruebas en animales ".
“Nuestro deseo era ofrecer una alternativa que redujera el número de pruebas en animales que son ineficaces y cuestionables desde el punto de vista de la ética en términos de evaluar las propiedades de fatiga. Otro aspecto fue la oportunidad de proponer un nuevo método que permitiera probar la durabilidad del material del implante en el laboratorio. En la práctica global, todavía no hay estándares para estudiar las propiedades de fatiga de los implantes en un entorno biomimético, lo que está asociado con un alto riesgo de usar nuevos materiales. Estamos trabajando en el campo del desarrollo de pruebas, lo que nos permite predecir con precisión la vida útil del material. Experimentos similares ya han sido llevados a cabo por un grupo del profesor Walter (aprox. - jefe del grupo de investigación del lado alemán) para implantes metálicos y cerámicos. Este experimento es único para los polímeros y no tiene análogos mundiales ", dice Marina Knyazeva, representante del grupo de investigación de la Universidad Técnica de Dortmund.
Otra ventaja significativa de la tecnología de investigación propuesta por los científicos es el ahorro de tiempo. Si tomaría aproximadamente un año evaluar el envejecimiento químico de un implante en un organismo vivo, entonces se requerirán decenas de años para las pruebas de durabilidad. En condiciones in vitro, el proceso de envejecimiento y desgaste químicos puede acelerarse significativamente. Si los indicadores de desgaste del material no son satisfactorios, esto se conocerá rápidamente y será posible continuar los experimentos con otras muestras.
Sin embargo, es demasiado pronto para hablar sobre el abandono completo del papel de los animales de laboratorio en la prueba de materiales para prótesis.
“Nuestra tecnología nos permitirá comparar varios materiales a la vez, sin probar ninguno de ellos en animales. Sin embargo, cuando se encuentre el material más óptimo de la lista, será necesario probarlo in vivo, en organismos vivos. Esto se debe principalmente a la necesidad de verificar la biocompatibilidad del material, así como sus parámetros ortopédicos; después de todo, los pacientes pueden encontrar una variedad de características del sistema musculoesquelético ”, explica Fedor Senatov.
Por lo tanto, los científicos proponen una tecnología integral para estudiar el comportamiento del implante, donde los experimentos sobre envejecimiento acelerado in vitro predecirán la vida útil de un implante potencial, y las pruebas in vivo posteriores determinarán su biocompatibilidad.
El artículo original se puede encontrar en el
Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials .