Aplicaciones clínicas del tántalo poroso

El tántalo poroso se ha revelado como un material milagroso en ingeniería biomédica debido a su excelente biocompatibilidad, resistencia a la corrosión y propiedades que igualan la mecánica del hueso natural. Inicialmente se sintetizó para la ortopedia, y actualmente sus usos se han extendido también a la odontología, los dispositivos cardiovasculares y la medicina regenerativa experimental. Veamos sus aplicaciones experimentales y clínicas.

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¿Por qué tántalo poroso?

El tántalo es un metal refractario que presenta numerosas ventajas cuando se utiliza como biomaterial. El tántalo poroso también ha sido especialmente buscado por su osteointegración, además de por su estabilidad biológica a largo plazo.

El tántalo poroso se fabrica depositando tántalo sobre un andamio, lo que crea una estructura interconectada muy uniforme ideal para implantes médicos. La espuma de tántalo, producida por sinterización o métodos de espaciado, tiene una estructura de poros menos regular y se suele utilizar en aplicaciones estructurales o experimentales en las que se acepta una menor precisión.

El tántalo poroso posee varias propiedades significativas que se adaptan bien a las aplicaciones biomédicas.

• Su elevada porosidad, de hasta el 80%, favorece el crecimiento de tejidos y la vascularización.
• Su módulo elástico es bastante similar al del hueso esponjoso, lo que minimiza el apantallamiento de tensiones y favorece la transmisión natural de cargas.
• El tántalo poroso también tiene una resistencia superior a la corrosión, permaneciendo estable e inerte en condiciones fisiológicas.
• Su elevado coeficiente de fricción también hace que tenga una estabilidad mecánica inicial máxima en el momento de la implantación.

Todas estas características hacen que el tántalo poroso sea especialmente adecuado para su uso en implantes de carga, así como en andamios de ingeniería tisular.

Más información: Tántalo: Propiedades y aplicaciones

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1. Implantes ortopédicos

El tántalo poroso se utiliza ampliamente en cirugía ortopédica reconstructiva, sobre todo en pacientes con pérdida ósea grave o mala calidad del hueso.

--Artroplastia de cadera y rodilla con tántalo poroso

El tántalo poroso ha sido un material eficaz para cirugías exigentes de artroplastia de cadera y rodilla. La estabilidad mecánica combinada con un elevado potencial de crecimiento óseo es especialmente beneficiosa en la artroplastia total de cadera (AT C) de revisión y en las artroplastias totales de rodilla.

En la artroplastia total de cadera de revisión, cada vez se emplean más los aumentos modulares de tantalio poroso y las copas acetabulares para tratar la pérdida ósea extensa y los defectos acetabulares complejos. Estos implantes tienen una superficie muy porosa que permite un rápido crecimiento óseo y, debido a su alto coeficiente de fricción, permiten una fuerte fijación primaria.

Un artículo clínico de referencia de Weeden y Schmidt (2008) verificó una supervivencia del 98% a los cinco años en personas que habían recibido cotilo acetabular de tántalo poroso en una ATC de revisión. El artículo analizaba 43 revisiones acetabulares difíciles, incluidos 33 defectos Paprosky de tipo 3A y 10 de tipo 3B con pérdida ósea grave y discontinuidad pélvica. En 26 de ellas se utilizaron aumentos modulares de tantalio para complementar el cotilo acetabular. En un seguimiento medio de 2,8 años, 42 de los 43 componentes permanecieron estables y se produjo un único fracaso debido a un aflojamiento séptico [3]. [3]

En la artroplastia total de rodilla, los conos porosos de tántalo se utilizan habitualmente en el tratamiento de grandes defectos óseos metafisarios, ofreciendo tanto fijación biológica como mecánica. Los conos permiten restaurar el stock óseo y crear una base sólida para la fijación del implante en caso de pérdida ósea extensa.

-Jaulas de fusión espinal

El tantalio ha demostrado un enorme potencial en la cirugía de fusión espinal, en particular como jaulas intercorporales para el procedimiento de fusión lumbar transforaminal (TLIF). Las jaulas de tántalo están diseñadas para optimizar la estabilidad de la columna vertebral y favorecer la integración ósea, al tiempo que reducen el riesgo de hundimiento del implante gracias a su compatibilidad mecánica con el hueso contiguo.

Clínicamente, la osteointegración de las jaulas de tántalo ha demostrado ser superior a la de los materiales tradicionales como la polieteretercetona (PEEK). En una evaluación retrospectiva de 40 pacientes sometidos a TLIF se evaluaron los resultados, incluido el alivio de los síntomas, la reincorporación a las actividades y la unión radiográfica de la fusión. Aunque ambos grupos, la jaula metálica y la jaula de PEEK, mostraron una mejora similar de la función, hubo diferencias notables en la respuesta ósea y los resultados de la fusión. [4]

Al año de seguimiento, se produjo osteólisis en el 50% de los casos con jaula de PEEK, en comparación con sólo el 10% de los casos con jaula metálica. Además, el 40% de los casos con jaula metálica presentaron fusión, muy superior al 15% observado con las jaulas de PEEK. Estos resultados indican la naturaleza osteoinductiva del tántalo, junto con su elevada biocompatibilidad y competencia mecánica.

2. Implantes dentales

La biocompatibilidad y la capacidad de osteointegración del tántalo se aprovechan en implantes dentales para pacientes con mala calidad ósea o con implantes que han fracasado previamente. Su uso se asocia con un menor tiempo de cicatrización y una mayor fijación a largo plazo en comparación con los implantes de titanio estándar.

En un estudio preclínico se examinó el rendimiento de los implantes dentales de metal trabecular (TM) de tántalo frente a los implantes tradicionales de tornillo de titanio (TSV), con un modelo de cóndilo femoral de conejo. En el estudio, se insertaron aleatoriamente 20 implantes (10 TM y 10 TSV) en 10 conejos blancos de Nueva Zelanda. Tras una fase de cicatrización de 8 semanas, se evaluaron los implantes con tomografía microcomputarizada (micro-CT), histología e histomorfometría. [5]

Los resultados mostraron que los implantes TM obtuvieron mejores resultados que los implantes TSV en cuanto a contacto hueso-implante (BIC) y volumen óseo (BV) en la zona de interés. Los implantes TM registraron un BIC del 57,9% ± 6,5, frente al 47,6% ± 8 de los TSV. Del mismo modo, el BV fue del 57% ± 7,3 para los implantes TM y del 46,4% ± 7,4 para los TSV. La evaluación por micro-TC también confirmó los hallazgos, con un porcentaje de volumen óseo del 89,1% ± 8,7 para el grupo TM frente al 79,1% ± 8,6 para el grupo TSV.

3. Reconstrucción craneomaxilofacial

En las reconstrucciones faciales complejas se utilizan placas y mallas de tantalio poroso, que ofrecen tanto conformidad estética como estabilidad mecánica. La estructura de poro abierto permite la integración de los tejidos blandos y reduce el riesgo de infección.

El tántalo ofrece una mayor capacidad osteogénica en comparación con materiales tradicionales como el Ti6Al4V, por lo que resulta especialmente útil para estimular el recrecimiento óseo en las intrincadas regiones de la mandíbula y la cara.

Para abordar la naturaleza muy personalizada de los defectos de la CMF, se ha empleado la tecnología de impresión 3D para producir implantes de tántalo poroso específicos para cada paciente. En un estudio reciente, se examinaron andamiajes de tántalo impresos en 3D con modificaciones superficiales nanoptopográficas preparadas mediante tratamiento hidrotérmico. Se informó de que esta ingeniería de superficie fomentaba la bioactividad del andamio al favorecer la adhesión de osteoblastos y desencadenar la diferenciación osteogénica de células madre de médula ósea (BMSC) [6]. [6]

Conclusión

El tántalo poroso ha tenido una amplia repercusión en la práctica de la medicina y, en particular, en la cirugía de implantes ortopédicos y dentales. Con nuevos avances en el procesamiento y la personalización, el tántalo poroso está llamado a seguir siendo la piedra angular de los biomateriales implantables del mañana. Para más productos de tántalo y asistencia técnica, consulte Stanford Advanced Materials (SAM).

Referencias:

[1] Mohandas, Gokhuldass & Oskolkov, Nikita & Mcmahon, Michael & Walczak, Piotr & Janowski, Miroslaw. (2014). Porous tantalum and tantalum oxide nanoparticles for regenerative medicine. Acta neurobiologiae experimentalis. 74. 188-96. 10.55782/ane-2014-1984.

[2] Wang X, Zhou K, Li Y, Xie H, Wang B. Preparation, modification, and clinical application of porous tantalum scaffolds. Front Bioeng Biotechnol. 2023 Apr 4;11:1127939. doi: 10.3389/fbioe.2023.1127939. PMID: 37082213; PMCID: PMC10110962.

[3] Steven H. Weeden, Robert H. Schmidt, The Use of Tantalum Porous Metal Implants for Paprosky 3A and 3B Defects, The Journal of Arthroplasty, Volumen 22, Edición 6, Suplemento, 2007, Páginas 151-155, ISSN 0883-5403.

[4] Cuzzocrea F, Ivone A, Jannelli E, Fioruzzi A, Ferranti E, Vanelli R, Benazzo F. PEEK versus metal cages in posterior lumbar interbody fusion: a clinical and radiological comparative study. Musculoskelet Surg. 2019 Dec;103(3):237-241. doi: 10.1007/s12306-018-0580-6. Epub 2018 dic 10. PMID: 30536223.

[5] Al Deeb M, Aldosari AA, Anil S. Osteointegración del metal trabecular de tantalio en implantes dentales de titanio: Histological and Micro-CT Study. J Funct Biomater. 2023 Jul 6;14(7):355. doi: 10.3390/jfb14070355. PMID: 37504850; PMCID: PMC10382015.

[6] Zhang C, Zhou Z, Liu N, Chen J, Wu J, Zhang Y, Lin K, Zhang S. Osteogenic differentiation of 3D-printed porous tantalum with nano-topographic modification for repairing craniofacial bone defects. Front Bioeng Biotechnol. 2023 Aug 21;11:1258030. doi: 10.3389/fbioe.2023.1258030. PMID: 37671184; PMCID: PMC10475942.