El magnesio y sus aleaciones se utilizan cada vez más en la cirugía ósea, en particular como implantes de osteosíntesis, como tornillos o placas, y como stents cardiovasculares para expandir los vasos sanguíneos coronarios estrechos.
Este metal ligero tiene la gran ventaja de ser bioreabsorbible, en contraste con el comportamiento de los materiales convencionales para implantes como el acero inoxidable, el titanio o los polímeros. Esto hace innecesaria una segunda cirugía para extraer un implante del cuerpo.hecho de que el magnesio promueve el crecimiento óseo y, por lo tanto, apoya activamente la curación de fracturas.
El magnesio puro como tal, sin embargo, es demasiado blando para el despliegue en aplicaciones quirúrgicas, y se deben agregar elementos de aleación para fortalecerlo. Estos son generalmente elementos de tierras raras como el itrio o el neodimio. Sin embargo, estos elementos son extraños para elcuerpo humano y puede acumularse en los órganos durante la degradación del implante, con consecuencias hasta ahora desconocidas. Por lo tanto, son particularmente inadecuados para aplicaciones en cirugía pediátrica.
Implementando una nueva familia de aleaciones
Los investigadores del Laboratorio de Física y Tecnología del Metal de ETH Zurich, encabezado por el profesor Jörg F. Löffler, han desarrollado una nueva familia de aleaciones que además del magnesio contienen solo los elementos de aleación de zinc y calcio, intencionalmente en contenidos de menos del 1%.
El zinc y el calcio son como el magnesio también biocompatibles y pueden ser reabsorbidos por el cuerpo humano. Tras un procesamiento específico, las nuevas aleaciones forman precipitados de diferente tamaño y densidad, que se componen de los tres elementos. Estos precipitados, que son solo unUnas pocas decenas de nanómetros de tamaño son esenciales para mejorar las propiedades mecánicas y pueden influir en la tasa de degradación.
A pesar de estos resultados prometedores, un factor importante todavía dificulta el amplio despliegue de estas aleaciones de magnesio biocompatibles en aplicaciones quirúrgicas: se sabe muy poco acerca de los mecanismos a través de los cuales estos materiales se degradan en el cuerpo bajo las llamadas condiciones fisiológicas y predicciones viables decuánto tiempo permanecerá tal implante en el cuerpo humano ha sido imposible.
Monitoreo de cambios a nanoescala
Usando microscopía electrónica de transmisión analítica TEM, Jörg Löffler y sus colegas Martina Cihova y Robin Schäublin ahora han logrado monitorear en detalle los cambios estructurales y químicos en las aleaciones de magnesio en condiciones fisiológicas simuladas en escalas de tiempo de unos pocos segundos a muchas horas, con resoluciones hasta ahora no alcanzadas de unos pocos nanómetros. Recientemente publicaron sus resultados en Materiales avanzados .
Con la ayuda de la moderna tecnología TEM, proporcionada por el centro de competencia "ScopeM" de ETH, los investigadores pudieron documentar un mecanismo de reparto no observado hasta ahora que gobierna significativamente la disolución de los precipitados en la matriz de magnesio. Observaron, prácticamente en realidadtiempo: cómo los iones de calcio y magnesio se disuelven de los precipitados una vez que entran en contacto con el fluido corporal simulado, mientras que los iones de zinc permanecen estables y se acumulan. El cambio continuo resultante en la composición química de los precipitados, denominado "reparto", genera un cambio dinámico en suactividad electroquímica y acelera la degradación de la aleación de magnesio en general.
"Este hallazgo anula un dogma prevaleciente, que suponía que la composición química de los precipitados en las aleaciones de magnesio permanece sin cambios", dice Löffler. Esa suposición anterior había llevado a predicciones en su mayoría falsas con respecto a los tiempos de degradación. "El mecanismo que informamos parece ser universalmenteválido, y esperamos que ocurra tanto en otras aleaciones de magnesio como en otros materiales activos que contengan precipitados intermetálicos ", agrega Martina Cihova, estudiante de doctorado de Jörg Löffler y primer autor del estudio.
Gracias a las nuevas ideas descritas anteriormente, ahora es posible diseñar aleaciones de magnesio para que su tasa de degradación en el cuerpo pueda predecirse mejor y controlarse con mayor precisión. Este es un avance esencial teniendo en cuenta que los implantes de magnesio pueden degradarse mucho más rápido en los niñosque en adultos, y que la degradación de los stents debe ser significativamente más lenta que la de las placas óseas o tornillos ". Al reunir un conocimiento detallado de los mecanismos de corrosión que actúan, hemos dado un paso clave para adaptar las aleaciones de magnesio a diferentes pacientes y aplicaciones médicas.", comenta Cihova. Para fortalecer aún más la comprensión de los mecanismos de corrosión, su investigación postdoctoral ahora se centrará en los análisis de microscopía electrónica de implantes de magnesio in vivo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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