Post on 31-May-2015
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SERVICIOS
Diseño & Desarrollo
BIOMECÁNICA
Implantes e Instrumental
SPIN OFF
Patentes
DEPARTAMENTO
DE INGENIERÍA
MECÁNICA
1999 – 2009 ACTIVIDADES IN
VE
ST
IGA
CIÓ
N
&
DE
SA
RR
OL
LO
CIRUGÍA
ORTOPÉDICA
CIRUGÍA
CARDIOVASCULAR
BIOMATERIALES
SE
RV
ICIO
S BIOMEDICOS
OTROS
ABORDAJE
DE MÍNIMA
INVASIÓN
DEPARTAMENTO INGENIERÍA MECÁNICA
grupo adjunto
LABRET-UMA
tejidotitanio educatkibsMotiva
tejidotejidotitaniotitanio educaeducatkibstkibsMotivaMotiva
www.motivando.me
www.ciber-bbn.es
3 AREAS DE
DESARROLLO
PARA
RECONSTRUIR
TEJIDO
Biomateriales
Más de cincuenta millones de personas en todo el mundo tienen implantado algún tipo de prótesis
Los biomateriales están destinados a su fabricación
El campo de los biomateriales ha experimentado un espectacular avance en los últimos años
Una motivación importante ha sido el aumente de forma considerable de la esperanza de vida.
Biocompatibles, es decir no se produzcan reacciones no deseadas en la interfaz tejido-
material. El material será entonces tolerado y no tóxico. Tanto la tolerancia como la
toxicidad son función de la concentración de las distintas sustancias que componen un material.
Resistentes a los agentes químicos (fluidos fisiológicos -> corrosión) y a los estímulos
mecánicos (carga y roce -> rotura y desgaste ) para que puedan mantener sus prestaciones
durante el tiempo que tengan que estar en servicio.
Las partículas liberadas sean toleradas.
Biomateriales requerimientos
Poliméricos metálicos cerámicos
Biomateriales clasificación
Biomateriales poliméricos
.
•BASE QUÍMICA: H, C, O
• enormes variedad de compuestos
• muchas posibilidades de fabricación, fibras, tejidos, películas o bloques.
• naturales (Colágeno, Quitosano)
• sintéticos (Polietileno, Ácido Poliláctico, Poliglicólico, etc.)
• bioestables (Polietileno, Polimetilmetacrilato)
• Biodegradables (Ácido Poliláctico, Poliglicólico, Quitosano) EJEMPLOS: ampliamente utilizados en clínica en implantes quirúrgicos, como en membranas protectoras o en sistemas de dosificación de fármacos particular importancia tienen los cementos óseos acrílicos, que han encontrado importantes campos de aplicación, en particular, en traumatología
Biomateriales metálicos
• BASE QUÍMICA: Ti, Fe, Co, Ag, Ta, Pt, Au
• resistencia elevada
• modulo elástico mucho mas elevado que los tejidos biológicos
• son conductores eléctricos
• sufren corrosión, algunos se protegen con capas de oxido
EJEMPLOS: ampliamente utilizados en clínica en implantes quirúrgicos, sobretodo del aparato locomotor y cardio vascular.
Biomateriales cerámicos
• BASE QUÍMICA: C, Ca, O, Al, Si, P, Ti, Zr
• escasa resistencia mecánica
• modulo elástico mas elevado que los metales, muy frágiles
• no son conductores eléctricos
• no sufren corrosión
EJEMPLOS: ampliamente utilizados en clínica en implantes quirúrgicos, sobretodo del aparato locomotor, alumina y zirconio para superficies articulares de baja fricción, Hidroxiapatita como acabado superficial de metales y relleno óseo.
Biomateriales
Hidroxiapatita, Titanio spray
Hidroxiapatita, Titanio spray
Acero 316, Cr-Co-Mo, Titanio
Acero 316, Cr-Co-Mo, Titanio
Alumina, Zirconia, Cr-Co-Mo
Alumina, Zirconia, Polietileno
Poliglicólico Polietileno
Metilmetacrilato
TECNOLOGIA
SIMULACIÓN MECÁNICA
(FEM)
PROTOTIPADO RÁPIDO
INGENIERÍA INVERSA
ENSAYOS DE
PROTOTIPOS
DISEÑO MECÁNICO
ELECTROSPINNING
TECNOLOGÍA LÁSER
MECANIZADO POR
ARRANQUE DE VIRUTA
ELECTRON BEAM
MELTING
12
Diseño
Fase conceptual
Acumular información
Lluvia de ideas
Análisis de problemas
Medios técnicos
Estudio ergonómico
Concepto básico verificación
NO
SI
Fase de desarrollo
FASES DEL DESARROLLO DE DISPOSITIVOS MÉDICO-SANITARIOS
DISEÑO PROTOTIPO FABRICACIÓN
EX
PLO
TA
CIÓ
N
C
OM
ER
CIA
L
DISEÑO DE
CONCEPTO
PROTOTIPO
FUNCIONAL
MODELADO 3D
Y CÁLCULO
SATISFACE
EL DISEÑO?
ENSAYOS
CLÍNICOS ENSAYO
MECÁNICO
FABRICACIÓN
SERIE CORTA
SATISFACE
EL ENSAYO?
MODIFICACION
DE DISEÑO
MARCADO CE
DEL PRODUCTO
BUSQUEDA DE
FABRICANTE
MODIFICACIÓN
DE DISEÑO
IDEA
SI
PROTOTIPO
RÁPIDO SI
SATISFACE
EL ENSAYO? SI
OPTIMIZACIÓN
DE COSTES: ADAPTACIÓNES,
MOLDES, MATRICES
ENSAYO
CLÍNICO
La herramienta principal
Plataforma CAD/CAM Lápiz
Computer
Aided
Design /
Manufacturing
Ejemplos de aplicaciones: estudio de porosidad ( parametrizado)
Ejemplos de aplicaciones: cálculo mecánico.
Ejemplos de aplicaciones: estudio de estructura reticulada (ramificación )
Ejemplos de aplicaciones: visualización
Ejemplos de aplicaciones: concreto
Video técnica quirúrgica tatto
Técnicas de
fabricación
PROCESOS DE FABRICACIÓN TRADICIONALES:
PROCESOS DE FABRICACIÓN
•Arranque de material.
•Taladrado.
•Fresado.
•Torneado.
•Conformación o deformación
plástica.
•Laminación.
•Forja.
•Extrusión.
•Estirado.
•Conformado de chapa.
•Moldeo.
•Fundición.
•Inyección.
•Soplado.
•Pulvimetalurgia (sinterizado).
•Electroerosión.
•Soldadura.
PROCESOS DE ACABADO:
PROCESOS DE FABRICACIÓN
•Tratamientos térmicos.
•Temple.
•Revenido.
•Recocido.
•Nitruración.
•Cementación.
•Tratamientos superficiales (acabado).
•Abrasivos.
•Pulido.
•Arenado.
•Granallado.
•Eléctricos.
•Electropulido.
PROCESOS DE FABRICACIÓN MANUALES
ACTUALIDAD:
PROCESOS DE FABRICACIÓN
CNC (Control Numérico por Computadora):
•Años 50: nuevas necesidades, nuevos retos.
•Geometrías más complejas.
•Automatización de procesos.
•Repetibilidad.
•Desarrollo de la tecnología informática.
PROCESOS DE FABRICACIÓN
CNC (Control Numérico por Computadora):
•Años 90-2000:
•Máquinas multipropósito.
¿Puede fabricarse todo lo que se diseña?:
PROCESOS DE FABRICACIÓN
FABRICACIÓN ADITIVA:
PROCESOS DE FABRICACIÓN
•Fabricación directa de un archivo CAD.
•Inicialmente, en plástico; actualmente, también metales.
•Diversas tecnologías: FDM, Estereolitografía, SLS, EBM, etc.
FABRICACIÓN ADITIVA:
PROCESOS DE FABRICACIÓN
FABRICACIÓN ADITIVA:
PROCESOS DE FABRICACIÓN
FABRICACIÓN ADITIVA:
PROCESOS DE FABRICACIÓN
FABRICACIÓN ADITIVA:
PROCESOS DE FABRICACIÓN
FABRICACIÓN ADITIVA:
PROCESOS DE FABRICACIÓN
Video fabricación prótesis de cadera
ESTRUCTURAS TRABECULARES PARA
RECONSTRUIR Y ESTABILIZAR GRANDES
DEFECTOS ÓSEOS
www.motivando.me dmonopoli@itccanarias.org
EVOLUCIÓN PROTÉSICA
vista interna
vista externa
¿Que hacer con los fracasos protésicos o los grandes defectos óseos?
no siempre hay hueso de buena calidad para un anclaje más profundo
Tipo 2A
Defectos femorales
Tipo 1 Tipo 3
Tipo 2C
Tipo 2B
CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4
CASO 5
CASO 4
COMPARATIVA: CASO 5 LÍMITE ELÁSTICO 120 N/mm²
VÁST. RANURADO
FIJACIÓN 65mm
VÁST. RANURADO
FIJACIÓN 75mm
VÁST. ENCERROJ.
FIJACIÓN 65mm
VÁST. RANURADO
APERTURA CÓNICA
DISEÑO AVANZADO Conclusiones 1. Fijación distal mínima 6 cm
2. Fijación proximal lo que se pueda
3. Pasar el istmo con el implante
Alternativas?
… una nueva generación de prótesis
• Utilizar solo el espacio necesario para asegurar una
estabilidad mecánica dejando cuanto más espacio libre
posible para la regeneración ósea
• Tener una elasticidad optima para mejorar la distribución
de tensiones en el hueso intentando evitar fracturas.
• Regeneración de tejido en el espacio dejado libre en
proximidad del implante
• Osteo-integración del implante
DISEÑO CONCEPTUAL
de una nueva generación de prótesis
ELECTRON BEAM MELTING
HIPERBIO
FUSIÓN POR CAPA CON RAYO DE ELECTRONES
UN SALTO TECNOLÓGICO PARA SOLUCIONES
ÓPTIMAS Y PERSONALIZADAS
VENTAJAS
• no existen limitaciones geométricas
• se adapta a las geometrías anatómicas
• optimiza las prestaciones mecánicas
• reduce tiempos y costes de fabricación
• el cambio de diseño no afecta al coste
se presta para implantes a medida
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HIPERBIO
Approvals for custom made implants
design and manufacturing in Europe
ESTRUCTURAS METÁLICAS DE SOPORTE Polvo: Ti6Al4V ELI, CrCoMo, 316,
Proceso de fabricación: fusión capa a capa por rayo de electrónes
Rango de dimensiones: milimetrico
A partir de 0,5 mm
Optimo 0,7-1,2 mm
A partir de 0,5 mm
optimo 1- 4 mm
inducir el crecimiento óseo en el espacio
dejado libre es lo que marca la diferencia
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… y se pueden fabricar estructuras
células paciente
ESQUEMA DE TRABAJO
implantación
imágenes diseño
fabricación
planificación
RECONSTRUCCIONES SUPERFICIALES
58
RECONSTRUCCIÓNES PROFUNDAS
HIPERBIO
MINIMALLY INVASIVE PRIMARY IMPLANTS
preserving bone in young adults
imágenes
diseño
bioreactor funcional
planificación
células
engineered
bone - graft
pacientes
Estímulos
Factores
Nutrientes
fabricación
FDM
EBM
ELECTROSPINNING
ESQUEMA DE TRABAJO
Medicina regenerativa = ingeniería de tejido
La Ingeniería de tejidos, también conocida como medicina regenerativa
se sirve de la combinación de la biología celular y los métodos de
ingeniería (materiales, microfabricación, robótica) para reparar o
reemplazar parcial o totalmente tejidos (por ejemplo hueso, cartilago,
válvula cardiaca, vejiga, etc.)
Diferenciación celular
osteogénesis condrogénesis miogénesis Estroma medular
Legamento – génesis
Osteoblasto transitorio
Condroblasto transitorio
Mioblasto Célula estromal
transitoria
Fibroblasto transitorio
Osteoblasto Condroblasto Fusión mioblasto
Osteocito Condrocito Miotúbulo Célula estromal
Fibroblasto
Hueso Cartílago Músculo Médula Tendón/ Ligamento
Diferenciación celular
Células mesenquimales
Un entorno organizado
tejido titanio educa tkibs Motiva
www.motivando.me
para enfrentarse a nuevos retos
La cirugía de mínima invasión
La cirugía reconstructiva
La medicina regenerativa
diseño dispositivos
simulación quirúrgica
Ingeniería de tejido
cirugía asistida
prototipado
Ensayos in-vivo
Tratamientos superifcales
Planificación quirúrgica
ME
DIC
INA
TECNOLOGÍA
Motiva estructura
ingeniería de
tejido
dispositivos
implantables
formación y
entrenamiento
servicios tecnológicos
intensivos en
conocimiento
El ITC como elemento de conexión
RECURSOS HUMANOS INVOLUCRADOS
simulación células diseño
histología mecatrónica fabricación
aproximadamente 45 personas involucradas directamente en MOTIVA
objetivo
aprovechar al máximo las capacidades
existentes en canarias, coordinarlas y
complementarlas para impulsar:
•la sanidad local ( pacientes, economía, formación)
•la economía local (diversificar, el conocimiento como oportunidad)
•nuestra presencia en España y en Europa (alcanzar masa crítica)
Poner imagen y texto de cursos realizados y colaboraciones puntuales
con empresas (cordis, mentice, …)
Dr. Alfredo Santana
Dr. Alexis Quesada Instituto Universitario de Cibernética
Catd.ª Carmen Évora Grupo Sistemas Liberación Sustancias
Ingeniería Química y Tecno. Farmaceutica
Dr. A . Santana CABIMER Sevilla
SCAFFOLDS POLIMÉRICOS BIODEGRADABLES: FDM
SCAFFOLDS POLIMERICOS BIODEGRADABLES:
ELECTROSPINNING
DESARROLLO DE NUEVOS PROCESOS:
ELECTROSPINNING + FDM
+
=
Dr. Alejandro Yanez
Dep. Ingeniería Mecánica
Dr. A. Facchini
Dip. Ingegneria Tissutale
Dr. A. Crovace
Dip. Emergenza Trapianti Organi
Dr. J. Becerra LABRET Málaga
COLABORACIONES EN MARCHA PARA ALCANZAR LOS OBJETIVOS
experimentación con ovejas
Cultivo celular y señalización
FABRICACIÓN DE PROTOTIPOS Y SERIES CORTAS
16 trabajos realizados
Nitruración de fibras nanocristalinas de óxido de titanio Materiales Cerámicos y Pilas de Combustible. Dpto. Química Inorgánica
Celda de cultivo multicapa para biorreactor funcional en 3D
Instituto de Ciencias y Tecnologías Cibernéticas
Red de Terapia Celular
Scaffolds poliméricos electrohilados. Scaffolds poliméricos
mediante FDM
Sistemas de Liberación de Sustancias Activas.
DISEÑO Y DESARROLLO DE DISPOSITIVOS
Logros:
Crecimiento de axones de neuronas en polímeros sintéticos
elaborados por electrohilado.
Próximo reto:
Fabricar tubos de electrohilado que se implantarán en los
cabos de nervios lesionados, añadiendo posteriomente,
células gliales, factores de crecimiento y moléculas que ayuden
a restablecer la reconexión nerviosa.
Objetivo final:
Recuperar nervios periféricos lesionados y reconstruir matrices
susceptibles de restablecer traumatismos en Sistema Nervioso
Central (médula espinal- para-tetraplegias-, nervio óptico)
Scaffolds poliméricos electrohilados de alta orientación para
regeneración de tejido neuronal
Grupo de investigación de Neurogliociencia y Reparación axonal ULPGC
Dra. Maximina Monzón Mayor
DISEÑO Y DESARROLLO DE DISPOSITIVOS MECÁNICOS
Implante acetabular poroso para perros (realizados 2 implantes)
Clínica de los Tarahales, Dr. Alejandro Artiles.
Solución: Acetábulos porosos, cuya estructura reticulada incrementa la osteointegración del implante.
TRATAMIENTO ARTROSCÓPICO OSTEOCONDRITIS DE ASTRÁGALO
técnica desarrollada con el Dr. Javier Ara (12 casos clínicos en el HUC)
Primeros casos en el 2011 en:
•Hospital S. Juan De Díos de Tenerife
•Clínica Asepeyo de Sevilla
SPM scanning probe microscopy
microscopía de efecto túnel STM scanning tunnelling microscopy
AFM mirar e interactuar