La adición de óxido de grafeno reducido mejoraría las propiedades mecánicas y térmicas de los cementos óseos utilizados para fijar prótesis según un estudio de la UPM
Los cementos óseos son materiales utilizados como adhesivos para fijar prótesis óseas (cadera, rodilla, hombro…) cuando la calidad del hueso del paciente es insuficiente. Sin embargo, dado que su proceso de fabricación alcanza altas temperaturas, puede producir necrosis en los tejidos circundantes de los pacientes. Añadir óxido de grafeno altamente reducido ayuda a evitar este problema y, además, mejora las propiedades mecánicas y térmicas de los materiales, según pone de manifiesto un estudio realizado por investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Dado que este tipo de cirugías (inserción de prótesis fijadas con cementos óseos) se lleva a cabo mayoritariamente en ancianos, las mejoras en su implantación tienen un impacto sociosanitario creciente en nuestra sociedad.
La implantación de prótesis es una práctica cada vez más común en todo el mundo, por causas como el aumento y envejecimiento de la población, y por una mayor incidencia de patologías como la obesidad o la artrosis. Los cementos óseos sirven para adherir y fijar las prótesis al hueso dañado cuando el hueso no tiene suficiente resistencia mecánica y es incapaz de crecer sobre la prótesis y estabilizarla. Además, estos cementos óseos distribuyen las cargas en el hueso y ayudan a amortiguar las tensiones en la unión prótesis-hueso.
Sin embargo, este material tiene algunas limitaciones. Imaginemos que la vida máxima de ese cemento óseo es de 20 años, y que estadísticamente es demasiado arriesgado operar a personas mayores de 85 años. Así, a partir de esa edad, ya no convendría reparar una prótesis cuyos materiales se han deteriorado. Por tanto, un paciente de 65 años a quien se implante una prótesis de cadera fijada al hueso con un cemento óseo estará expuesto a que el cemento óseo se degrade o rompa, debido a grietas que van creciendo lentamente a lo largo del tiempo, lo que generaría molestias durante el resto de su vida por no ser viable una nueva cirugía.
“Mejorar la durabilidad de estos cementos óseos es esencial para mejorar la calidad de vida de nuestros mayores. Dicho de otro modo, evitar que tengan que soportar una existencia con dolor crónico debido a la prótesis rota” señala José Ygnacio Pastor, investigador de la UPM que ha participado en el estudio.
En la investigación realizada por miembros del Centro de Investigación en Materiales Estructurales (CIME) de la UPM, se han desarrollado diversos materiales con resultados potencialmente interesantes, como reducir la temperatura máxima de curado que daña los tejidos adyacentes.
“Hasta ahora hemos hablado principalmente de la resistencia mecánica y la durabilidad del cemento óseo. No obstante, hay más problemas asociados a la utilización de estos cementos en el cuerpo humano” indica Jaime Orellana, miembro del equipo de investigación que ha llevado a cabo el trabajo. Los cementos habituales están formados por dos componentes, que una vez que se juntan empiezan a reaccionar y se endurecen. Durante esta reacción el material solidifica rápidamente, y hay pocos minutos para colocarlo entre el hueso y la prótesis. Además, durante esta reacción se libera mucha energía que alcanza a los tejidos circundantes. Dado que a partir de 42⁰C las proteínas se desnaturalizan, si el hueso se calienta demasiado las células mueren y se produce una necrosis del tejido que rodea la prótesis. Así, “es esencial evitar que el hueso se caliente, resultado que hemos conseguido mediante la ralentización de la reacción gracias a la adición de grafeno altamente reducido”, continúa Orellana.
Respecto a las propiedades mecánicas mencionadas anteriormente, los investigadores han comprobado que añadir un exceso de grafeno es perjudicial y las empeora, pero pequeñas cantidades (entre el 0,01 % y el 0,1 % en peso) podrían producir mejoras también en las propiedades mecánicas manteniendo el beneficio térmico.
Las expectativas de estos nuevos materiales son muy halagüeñas, pues también hay indicios de que el grafeno tiene propiedades antibactericidas, algo ideal para reducir los problemas de infecciones tras las cirugías. “No obstante, queda mucho trabajo por delante, pues no solo se debe optimizar la cantidad de grafeno que debe introducirse, sino también estudiar los tratamientos químicos que permitan al grafeno una mejor adhesión y dispersión en el cemento óseo”, concluyen los investigadores.
Referencias bibliográficas:
Jaime Orellana, Ynés Yohana Pastor, Fernando Calle y José Ygnacio Pastor. Influence of HRGO Nanoplatelets on Behaviour and Processing of PMMA Bone Cement for Surgery. Polymers (Basel). 2021 Jun; 13(12); DOI: 10.3390/polym13122027.
Ynés Yohana Pastor, Jaime Orellana, Miguel Sánchez-Lozano, Fernando Calle y José Ygnacio Pastor. Physical-Mechanical Behaviour and Processing Evolution of PMMA Bone Cement due to Graphene Addition. Biomedical Journal of Scientific & Technical Research. April, 2021, Volume 35, 1, pp 27312-27314.
