RETO DEL CLIENTE
Ubicado en el Orthopaedic Hospital en colaboración con el Departamento de Cirugía Ortopédica de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), el Implant Performance Lab ofrece investigación y capacitación en el campo de la biomecánica de los implantes ortopédicos. El grupo se especializa en comprender y simular el rendimiento in vivo de los implantes ortopédicos, identificando las relaciones clave entre la biomecánica de los implantes, las técnicas quirúrgicas y los resultados clínicos, y construyendo modelos para estudiar estas interacciones. El equipo somete los dispositivos a las fuerzas y momentos que experimentarán durante el uso clínico, con el objetivo de predecir con precisión el rendimiento clínico.
Los desarrolladores de implantes realizan una gran variedad de pruebas de resistencia, fatiga y desgaste para comprender y caracterizar el rendimiento previsto del dispositivo. Estos resultados suelen formar parte del conjunto de información que se presenta durante el proceso de aprobación reglamentaria.
“Estas pruebas son esenciales para llevar un dispositivo al mercado, pero este tipo de pruebas debe actualizarse y mejorarse constantemente para garantizar que el dispositivo esté libre de otros problemas con el tiempo”, señala Sophia Sangiorgio, PhD, de Implant Performance Lab. “Por ejemplo, con un reemplazo total de cadera, la falla por fatiga del vástago femoral era algo común en la década de 1970. Como resultado, los vástagos femorales de hoy se fabrican para tener una excelente resistencia a la fractura por fatiga.
“Sin embargo, con el paso de los años, las expectativas de los pacientes y los niveles de actividad han aumentado, lo que ha dado lugar a otros tipos de fallas en los implantes, como el aflojamiento o la dislocación, que son igual de fatales para el paciente como la rotura de un vástago”, añade Sangiorgio. "Estamos enfocados en escenarios como este para ayudar a cirujanos y desarrolladores de dispositivos a mejorar los resultados para los pacientes”.
El Laboratorio de Rendimiento de Implantes forma parte del J. Vernon Luck Orthopaedic Research Center del Orthopaedic Hospital, que comprende varios laboratorios especializados en diferentes aspectos de la investigación ortopédica. Estos incluyen tribología de la superficie del cojinete, análisis de partículas de desgaste, análisis de recuperación de implantes, biomecánica de la curación de huesos y tejidos conectivos y modelado por computadora. Según Eddie Ebramzadeh, PhD, director del Implant Performance Lab, las pruebas mecánicas ofrecen varias ventajas sobre otros enfoques para evaluar el rendimiento de los implantes.
“Los animales son demasiado pequeños, la evaluación de prototipos en pacientes no es apropiada y a menudo es difícil utilizar modelos informáticos que reproduzcan los entornos biológicos altamente complejos del sistema musculoesquelético humano”, comenta Ebramzadeh. “Sin embargo, el modelado mecánico es ideal para nuestro trabajo, porque en el cuerpo, los huesos, los músculos y los tejidos interactúan de manera mecánica. Sin embargo, el éxito de este enfoque depende de la precisión y reproducibilidad con la que podamos diseñar y realizar nuestras pruebas mecánicas”.
SOLUCIÓN DE MTS
Implant Performance Lab emplea diversos bastidores de carga, software de prueba y sistemas de control de MTS para respaldar sus pruebas biomecánicas. Los dispositivos ortopédicos en desarrollo se implantan en huesos sintéticos o construcciones cadavéricas, que luego se montan en los sistemas de prueba con accesorios diseñados a medida y se someten a cargas y movimientos fisiológicos, a veces durante miles o incluso millones de ciclos.
La investigación del equipo abarca prácticamente todas las áreas del sistema musculoesquelético humano, incluidas las articulaciones de la cadera, la rodilla y el tobillo, así como la columna vertebral, el fémur, la tibia, el codo y la mano.
Actualmente, cinco estaciones de pruebas mecánicas respaldan un apretado programa de experimentación, que incluye dos bastidores de carga uniaxial, uno de los cuales se ha convertido en un simulador de desgaste de artroplastia de disco personalizado, junto con un simulador de desgaste por rozamiento para modelar la micromovilidad en las interfaces de fijación de los implantes. Además, se utiliza un bastidor de carga biaxial para evaluar la fijación y la estabilidad de las artroplastias de cadera, rodilla y columna. El sistema biaxial se utiliza para aplicar cargas de torsión y axiales, y los equipos personalizados permiten aplicar momentos de flexión y otros protocolos complejos de carga fisiológica específicos para cada ubicación anatómica.
El laboratorio también está equipado con un MTS Spine Disc Wear Simulator de seis estaciones y un MTS Spine Kinematics Test System, que facilita las simulaciones en ocho grados de libertad. Estos sistemas se utilizan para evaluar diferentes diseños de dispositivos de estabilización dinámica posterior para la columna lumbar. Recientemente, los investigadores han evaluado diferentes técnicas quirúrgicas para corregir la deformidad de la columna vertebral en adolescentes, un problema biomecánico complejo.
“Nuestro equipo de pruebas mecánicas nos hace confiar en nuestra capacidad para simular de forma precisa y reproducible las condiciones in vivo y quirúrgicas de muchos implantes de prótesis articulares y dispositivos de fijación para fracturas”, menciona Sangiorgio.
BENEFICIOS PARA EL CLIENTE
Según Ebramzadeh, las capacidades de prueba mecánicas actuales de su equipo se alinean bien con el énfasis del laboratorio en resolver problemas cotidianos que son de interés inmediato para la comunidad ortopédica.
“Estamos bien equipados para respaldar nuestro énfasis en la aplicación clínica práctica”, señala Ebramzadeh. “Nuestras capacidades nos permiten evaluar el rendimiento del dispositivo de implante de manera tal que sirva mejor a los cirujanos ortopédicos y sus pacientes.
“En combinación con el equipo de ingenieros, biólogos y cirujanos de gran experiencia que trabajan en el Luck Research Center, podemos ofrecer una investigación valiosa para la comunidad ortopédica”, continua Ebramzadeh. “Nos hemos ganado la reputación de ofrecer datos de pruebas que son altamente predictivos de cómo se comportará un implante a lo largo de su vida funcional”.
El Implant Performance Lab también se ha convertido en un lugar de prácticas muy solicitado por los estudiantes de ingeniería del área de Los Ángeles. Sangiorgio atribuye este atractivo a la naturaleza traslacional del trabajo.
“Los estudiantes tienen la oportunidad de trabajar con la última tecnología ortopédica y obtener una experiencia práctica y realista que no está disponible en los programas de ingeniería que se enfocan principalmente en la teoría”, señala Sangiorgio. “Es evidente cómo nuestra investigación puede mejorar la calidad de vida de los pacientes y eso hace que el trabajo sea emocionante y valioso para todos los involucrados”.
