La ingeniería podría dar a la Cirugía Reconstructiva una nueva cara

Usando métodos de ingeniería de diseño, los investigadores moldean huesos a medida para cirugías reconstructivas de implantes faciales. (Créditos: Janet Sinn-Hanlon, Beckman ITG, University of Illinois)

Los pacientes de reconstrucción facial pronto podría tener la opción de reemplazo de “huesos a medida” optimizados en forma y función, gracias a los investigadores de la Universidad de Illinois y el Ohio State University Medical Center.

Ya sea por motivo de enfermedad o lesiones, la pérdida de los huesos faciales plantea problemas para los cirujanos reconstructivos además de las consecuencias cosméticas.  Para el paciente masticar, tragar, hablar o incluso la capacidad de respirar, puede verse obstaculizada.

“La parte media de la cara, incluyendo la nariz y los huesos asociados es quizás la parte más complicada del esqueleto humano”, dijo Glaucio Paulino, el profesor Donald Biggar Willett de Ingeniería de la U. de I. “Lo que hace la reconstrucción media de la cara más complicada es su forma inusual (huesos pequeños y delicados) y sus funciones, además de su ubicación en un área altamente susceptible a la contaminación con bacterias.”

En el reemplazo de huesos, los cirujanos a menudo usan huesos colectados de otros lugares del cuerpo del paciente – el hombro o cadera, por ejemplo – y manualmente lo moldean de manera parecida a la parte del cráneo que falta. Sin embargo, como estos huesos son muy diferentes de los huesos faciales en su estructura, los pacientes pueden sufrir deterioro de las funciones o tener una distorsión estética.

El equipo de investigación interdisciplinario, cuyos resultados de investigación se publicará en la edición del 12 de julio de Proceedings of the National Academy of Sciences, aplicó una técnica de ingeniería  de diseño llamada optimización topológica. El enfoque utiliza modelos en 3-D para diseñar estructuras que deben soportar cargas específicas en un espacio cerrado, y se utiliza a menudo para diseñar edificios de gran altura, piezas de automóviles y otras estructuras.

“Este proceso te indica dónde poner el material y dónde crear los agujeros”, dijo Paulino, profesor de ingeniería civil y ambiental. “En esencia, la técnica permite a los ingenieros encontrar la mejor solución que satisfaga los requisitos de diseño y limitaciones”.

La reconstrucción facial parecía un paso natural para esta técnica, dijo Paulino. “Nos fijamos en el problema clínico desde una perspectiva diferente. La optimización topológica ofrece un marco interdisciplinario para integrar los conceptos de la medicina, la biología, métodos numéricos, mecánica y computación.”

La optimización topológica crearía diseños de ingeniería de tejidos caso por caso para cada paciente, en la sustitución de huesos. En primer lugar, los investigadores construyen un modelo detallado en 3D del paciente en cuestión y especifican un dominio de diseño basado en la lesión y la falta de piezas óseas. A continuación, una serie de algoritmos crea una estructura personalizada y optimizada, que representa variables como el flujo sanguíneo, cavidades nasales, las fuerzas de la masticación y el soporte de tejidos blandos, entre otras consideraciones. Luego los investigadores pueden modelar el proceso de inserción del hueso de reemplazo en el paciente y previsualizar cómo se vería.

“Idealmente, esto permitiría al médico explorar alternativas quirúrgicas y diseñar la sustitución ósea de pacientes específicos. Los diseños óseos de cada paciente estarían adaptados a su volumen de desaparición y a los requisitos funcionalesespecíficos”, dijo Paulino.

Ahora que han demostrado con éxito el concepto de modelado realizando diferentes tipos de reemplazos de huesos faciales, los investigadores esperan poder trabajar hacia el desarrollo de andamios para la ingeniería de tejidos, para que sus diseños pueden ser traducidos a los huesos actuales. También esperan explorar las posibilidades quirúrgicas de su método.

“Esta técnica tiene el potencial de allanar el camino hacia el desarrollo de métodos de ingeniería de tejidos fabricados a medida, para crear sustitutos de hueso vivo en forma y cantidadesóptimas”, dijo Paulino. “Las posibilidades son inmensas y nos sentimos que estamos apenas en el comienzo del proceso.”

También en el equipo de la U. de I. estña el estudiante graduado Tam Nguyen. El equipo de Ohio, patrocinado por la National Science Foundation, incluye a Alok Sutradhar, uno de los antiguos alumnos de Paulino, y el Dr. Michael Miller, de la División de Cirugía Plástica del Ohio State University Medical Center.

Nota del Editor: Este artículo no está destinado a proporcionar consejo médico, diagnóstico o tratamiento.

*University of Illinois at Urbana-Champaign (2010, July 13). Engineering could give reconstructive surgery a facelift. ScienceDaily. Retrieved November 23, 2010, from http://www.sciencedaily.com­ /releases/2010/07/100712154432.htm