Investigadores del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A) trabajan con nuevos materiales para alargar la vida de las prótesis de cadera y rodilla, en concreto con un material compuesto formado con la incorporación de grafeno en el polímero PEEK, una nueva opción por sus prestaciones de baja fricción, resistencia al desgaste y estabilidad química.

En la actualidad se implantan anualmente en el mundo más de tres millones de prótesis de cadera y rodilla, cuyo diseño y materiales permiten una probabilidad de supervivencia del 90-95 % en periodos entre quince y veinte años, han informado fuentes de la Universidad de Zaragoza.

Sin embargo, el aumento de la expectativa de vida, los accidentes, la práctica deportiva y la obesidad hacen necesario extender su operatividad y retrasar su revisión en el periodo post-implantación.

Los investigadores del Grupo de Biomateriales del I3A trabajan en este campo multidisciplinar de la ingeniería y del área de la salud desde hace una década con el objetivo de encontrar materiales con mejores propiedades mecánicas, tribológicas y de estabilidad química para disminuir las causas de revisión asociadas a los materiales de las prótesis, según explica el investigador principal del grupo, el profesor José Antonio Puértolas.

Actualmente, el 80 % de las prótesis que se implantan tienen un par de fricción formado por metal o cerámica en la componente femoral y un polietileno especial en la copa o acetábulo. Este polímero es la parte débil del par, y su desgaste genera osteolisis o pérdida de hueso periprótesico con el consiguiente aflojamiento de la prótesis, que hace necesario una artoplastia de revisión o re-intervención quirúrgica.

La investigación en este campo ha mejorado esta debilidad estructural mediante la reticulación por irradiación gamma o haces de electrones, junto a tratamientos térmicos o la incorporación de vitamina E, con un resultado notable pero no definitivo.

Los investigadores del I3A han desarrollado un material compuesto formado por PEEK reforzado con grafeno que puede constituir una alternativa al polietileno actual.

Por una parte, el polieteretercetona (PEEK), presenta mejores propiedades mecánicas que el polietileno, pero especialmente mayor estabilidad química, lo que permite ser esterilizado mediante radiación, sin el problema del polietileno asociado a los radicales inducidos por la radiación, que provocan una oxidación y una fragilización del material si no se eliminan por completo.

Por otra parte, la comunidad científico-técnica ha intentado mejorar las propiedades mecánicas del polietileno para reducir el espesor de las copas, lo que permite un mayor diámetro de éstas, y una reducción de la probabilidad de dislocación.

La incorporación de grafeno como reforzante, con unas propiedades mecánicas intrínsecas muy elevadas y una capacidad de lubricación sólida, puede aportar mejores propiedades tribológicas (de fricción y desgaste) y mecánicas.

Este material compuesto sería un primer paso para el diseño de una prótesis de material totalmente polimérico, sin la inclusión de metales.

La investigación ha conducido a unos resultados prometedores, ya que con un porcentaje del 5 % de grafeno se obtiene una disminución del coeficiente de fricción del 38 % y una reducción del desgaste del 83 %.

El trabajo ha sido publicado recientemente en la prestigiosa revista Carbon, y en él han colaborado también investigadores de otros institutos (Carboquímica, ICMA), ya que la caracterización física y química del material requiere el uso de diversas técnicas.