Qingyang Liu, Fei Wei, Melanie Coathup, Wen Shen, Dazhong Wu

Full text link : https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37689976/

Efecto de la porosidad y de la geometría de los poros sobre las propiedades mecánicas y biológicas de los andamios óseos fabricados mediante manufactura aditiva

1. Referencia científica

• Título del estudio: Efecto de la porosidad y de la geometría de los poros sobre las propiedades mecánicas y biológicas de los andamios óseos fabricados mediante manufactura aditiva
• Título original: Effect of Porosity and Pore Shape on the Mechanical and Biological Properties of Additively Manufactured Bone Scaffolds
• Autores: Qingyang Liu, Fei Wei, Melanie Coathup, Wen Shen, Dazhong Wu
• Revista científica: Advanced Healthcare Materials
• Año de publicación: 2023
• DOI: 10.1002/adhm.202301111

2. Contexto científico

La manufactura aditiva ha transformado el desarrollo de biomateriales destinados a la regeneración ósea, permitiendo fabricar andamios tridimensionales con una arquitectura interna cuidadosamente diseñada. En el ámbito de la ingeniería de tejidos óseos, la estructura del scaffold representa un factor determinante, ya que puede influir tanto en su comportamiento mecánico como en la respuesta biológica de las células implicadas en la formación de nuevo tejido óseo.

En procedimientos de reconstrucción ósea y en futuras rehabilitaciones implantológicas, resulta esencial disponer de estructuras capaces de proporcionar estabilidad mecánica sin comprometer un entorno favorable para la adhesión y proliferación celular. En este contexto, el estudio analiza cómo la porosidad y la geometría de los poros modifican estas propiedades, aportando información útil para el diseño de nuevas generaciones de andamios destinados a la medicina regenerativa.

3. Objetivo del estudio

El objetivo principal fue evaluar la influencia del grado de porosidad y de la geometría de los poros sobre el comportamiento mecánico y la respuesta biológica de andamios óseos fabricados mediante impresión 3D. Los autores compararon diferentes diseños internos con el propósito de identificar aquellas configuraciones que ofrecieran un equilibrio más favorable entre resistencia mecánica y capacidad para favorecer la proliferación celular.

4. Metodología

Se trata de un estudio experimental preclínico in vitro.

Los andamios fueron fabricados en ácido poliláctico (PLA) mediante tecnología de deposición de filamento fundido (Fused Filament Fabrication), utilizando niveles de porosidad comprendidos entre el 15 % y el 78 %. Se compararon tres arquitecturas internas: una estructura regular con poros rectangulares y dos diseños basados en superficies mínimas periódicas triples (Triply Periodic Minimal Surfaces, TPMS), denominados Gyroid y Diamond.

Para la evaluación biológica se cultivaron macrófagos de origen murino y células estromales mesenquimales humanas derivadas de médula ósea (hBMSCs). Asimismo, se realizaron ensayos de compresión para analizar el comportamiento mecánico y estudios de la morfología superficial de los andamios. El resumen disponible no especifica el número de muestras ni otros detalles metodológicos.

5. Resultados principales

Los resultados muestran que tanto la porosidad como la geometría interna del scaffold influyen en sus propiedades biológicas y mecánicas.

Los andamios con porosidades del 15 %, 30 % y 45 % presentaron los niveles más elevados de proliferación de macrófagos y de células estromales mesenquimales humanas. En cuanto a la arquitectura, las estructuras Gyroid y Diamond favorecieron una mayor proliferación de macrófagos que los diseños regulares, mientras que la arquitectura Diamond obtuvo la mayor proliferación de las hBMSCs.

Desde el punto de vista mecánico, las dos configuraciones TPMS mostraron un mejor comportamiento frente a la compresión que las estructuras convencionales. Entre ellas, el diseño Diamond alcanzó los valores más altos tanto de módulo de compresión como de resistencia mecánica. Además, el análisis de la superficie reveló una mayor rugosidad en los andamios Gyroid y Diamond para un mismo nivel de porosidad, característica que en este estudio se asoció con una mejor adhesión y proliferación celular.

6. Análisis clínico

Este trabajo pone de manifiesto que la arquitectura interna de un scaffold constituye un elemento de diseño con una influencia directa sobre su funcionalidad biológica y mecánica. Los resultados sugieren que la optimización de la geometría de los poros puede desempeñar un papel tan importante como la selección del biomaterial en el desarrollo de sustitutos óseos destinados a la ingeniería tisular.

Desde la perspectiva de la reconstrucción ósea y de la futura implantología dental, disponer de estructuras capaces de combinar resistencia mecánica y un entorno favorable para el crecimiento celular representa un objetivo prioritario. En este sentido, las arquitecturas TPMS, especialmente el diseño Diamond, mostraron un comportamiento prometedor en las condiciones evaluadas.

No obstante, estos hallazgos deben interpretarse con prudencia. La investigación se desarrolló exclusivamente en un modelo experimental in vitro, por lo que sus resultados no permiten predecir directamente el comportamiento clínico de estos biomateriales tras su implantación. Será necesario disponer de estudios en modelos animales y de ensayos clínicos para confirmar su posible utilidad en la práctica clínica.

7. Aplicaciones clínicas

Los resultados pueden contribuir al diseño de futuros andamios óseos personalizados obtenidos mediante tecnologías de manufactura aditiva.

La información proporcionada sobre la influencia de la porosidad y de la geometría de los poros puede ser de interés para el desarrollo de biomateriales destinados a procedimientos de regeneración ósea previos a rehabilitaciones implantológicas complejas o a reconstrucciones maxilofaciales. Asimismo, estos datos pueden resultar útiles en el diseño digital de scaffolds mediante flujos de trabajo CAD/CAM. Sin embargo, el estudio no aporta evidencia suficiente para establecer indicaciones clínicas directas.

8. Nivel de evidencia, limitaciones y transparencia

Esta publicación corresponde a un estudio experimental preclínico in vitro, por lo que representa un nivel inicial de evidencia científica.

La investigación proporciona información mecanística sobre la influencia de la arquitectura del scaffold en sus propiedades mecánicas y biológicas, aunque no incluye validación en modelos animales ni resultados clínicos. Las limitaciones metodológicas no se describen de forma específica en el resumen disponible.

La información proporcionada tampoco menciona posibles conflictos de interés ni vínculos de los autores con fabricantes de biomateriales.

9. Puntos clave del estudio

• Tipo de estudio: Estudio experimental preclínico in vitro.
• Nivel de evidencia: Preclínico.
• Población o muestras analizadas: No especificadas en la información disponible.
• Número de pacientes o implantes: No aplicable.
• Periodo de seguimiento: No especificado.
• Variable principal evaluada: Influencia de la porosidad y de la geometría de los poros sobre las propiedades biológicas y mecánicas de los andamios.
• Resultado principal: Las arquitecturas Diamond y Gyroid mostraron un mejor comportamiento mecánico, mientras que la estructura Diamond favoreció una mayor proliferación de las células estromales mesenquimales humanas.
• Conclusión científica: La arquitectura interna constituye un factor determinante en el diseño de andamios obtenidos mediante fabricación aditiva para ingeniería de tejidos óseos.
• Limitaciones: Modelo experimental in vitro; otras limitaciones no se detallan en la información disponible.

10. Impacto científico

Este estudio amplía el conocimiento sobre la influencia de la microarquitectura de los andamios en la regeneración ósea mediante fabricación aditiva. Sus resultados ponen de relieve que la geometría interna puede modificar simultáneamente la respuesta biológica y el rendimiento mecánico, proporcionando criterios útiles para el diseño de biomateriales más eficientes.

Para la investigación en ingeniería de tejidos, reconstrucción ósea e implantología, el trabajo aporta evidencia experimental que respalda el interés de las arquitecturas TPMS como alternativa para el desarrollo de nuevos scaffolds personalizados. Aunque las conclusiones se limitan al ámbito preclínico, el estudio establece una base sólida para futuras investigaciones orientadas a validar estos diseños en modelos animales y posteriormente en estudios clínicos.

11. Conclusión editorial

Esta investigación demuestra que la porosidad y la geometría de los poros influyen de forma significativa en las propiedades mecánicas y biológicas de los andamios óseos fabricados mediante manufactura aditiva. Entre las configuraciones evaluadas, la arquitectura Diamond mostró el comportamiento global más favorable en las condiciones experimentales analizadas. A pesar del interés de estos resultados para el desarrollo de biomateriales destinados a la regeneración ósea, su aplicación clínica requiere todavía la confirmación mediante estudios preclínicos adicionales y ensayos clínicos.