Generación de implantes biológicos custom-made para el tratamiento y prevención de las infecciones osteoarticulares

El objeto de esta tesis es estudiar la aplicación de la impresión 3D, y especialmente la impresión basada en estereolitografía, al mundo de la Traumatología, para la creación de objetos custom-made con antibiótico. La impresión 3D lleva en el campo de la sanidad ya diversos años, aplicándose en distintas especialidades y áreas de la salud con gran éxito y revolucionando el concepto que se tiene hoy en día de la medicina. La personalización la medicina es una realidad en nuestra profesión y por tanto, la búsqueda del diagnóstico y el tratamiento individualizado en el paciente forma ya parte de nuestra actualidad. Debido a la complejidad de erradicar las infecciones osteoarticulares por la dificultad de la llegada de los antibióticos, el biofilm que en muchas ocasiones se genera, los defectos óseos presentes y resultantes al realizar el tratamiento y la limitación del uso de antibióticos de forma local, las infecciones suponen para el cirujano a la hora de plantear el tratamiento para el paciente. Además, las opciones terapéuticas presentes actualmente no están exentas de efectos secundarios para el paciente o de la necesidad de nuevas cirugías para poder erradicar correctamente dicha infección. Por una parte, la impresión 3D permitiría realizar modelos custom-made o incluso diferentes objetos como tornillos y placas para, por una parte, adaptarse a los defectos óseos presentes, por otra permitir un sostén con buen soporte mecánico para permitir al paciente una mayor independencia mientras se realiza el tratamiento de dicha infección, y por último, la liberación progresiva y más sostenida comparada con otros dispositivos o sistemas de liberación de antibiótico, como el cemento óseo, de antibiótico dirigido al microorganismo que presenta el paciente, o bien de forma profiláctica. Cualquier tipo de material empleado para la impresión 3D no es apto. Aunque las impresoras más empleadas en el mercado son las de FDM, en las cuales se emplea PLA (ácido poliláctico), ha de ser biocompatible con el paciente y poder realizarse una adición correcta de antibiótico sin que se alteren sus propiedades para permitir la liberación deseada. Las impresoras tipo FDM basan su impresión en un extrusor que emplea temperatura, y por lo tanto, se alteran ya dichas propiedades al existir un cambio en las propiedades fisicoquímicas del antibiótico. Para el desarrollo del trabajo experimental empleamos por una parte una impresora 3D de estereolitografía Ender 3, y de resina biocompatible Optovite, que ha superado todas las pruebas requeridas para su uso en humanos y que puede ser empleado con seguridad en los pacientes. La luz ultravioleta se ha demostrado que no altera las propiedades fisicoquímicas del antibiótico y que, por tanto, puede ser empleado. Primero se realizó un análisis de saturación resina-antibiótico y se realizaron las pruebas para determinar que se podía realizar la impresión correctamente. Posteriormente se diseñaron diversas matrices de distintos tamaños, hasta que finalmente se determinó que se emplearía de 10x10x5 mm en los que cambiaba la estructura interior, de agujeros para permitir la liberación del antibiótico de su interior, y se realizó una matriz con 1x2 mm de orificios y de 2x4 mm. Se demostró gracias al HPLC que las matrices de 1x2 mm permitían mayor liberación de antibiótico respecto a las matrices con orificios de 2x4 mm debido a la mayor superficie interna que existía. Tras estudiar la liberación del antibiótico se decidió emplear la matriz de 1x2 mm con el antibiótico de Amoxiclina-Clavulánico en cantidad de 2 gr, al ser de los más empleados en las infecciones y que además no se emplea en el cemento óseo, uno de los cárriers más empleados, debido a que se altera sus propiedades fisicoquímicas. Se observó que la liberación del antibiótico permitía, gracias a la técnica de microdilución en placa, inhibir el crecimiento bacteriano de cepas E.coli sensibles a amoxicilina, y que las matrices sin antibiótico no poseían dicha capacidad microbicida, confirmando que su efecto era por el antibiótico y no por actividad tóxica. Se comprobó en la fase de reproducibilidad gracias al peso que es posible obtener las matrices deseadas con propiedades casi idénticas en días diferentes, siendo por tanto una herramienta accesible para cualquier persona. Finalmente, en la fase de mecánica se observó que la resina presentaba valores de fuerza tensil muy similares al cemento de forma previa a su liberación, comprobando así que la resina puede ser empleada con seguridad obteniendo buena resistencia.