El Hospital General Universitario Gregorio Marañón de Madrid ha implantado la primera prótesis ósea de metamaterial personalizada del mundo, un desarrollo que ha permitido a Pierre, un paciente de 38 años con un sarcoma óseo de alto grado, conservar su pierna y la movilidad de la rodilla. El implante ha sido diseñado y fabricado dentro del propio hospital por la Unidad de Planificación Avanzada y Manufactura 3D (Upam3D), en colaboración con la Universidad Politécnica de Madrid (UPM).
El caso supone un hito al combinar medicina, ingeniería aeroespacial, materiales e impresión 3D para desarrollar una solución que no existía en el mercado. La prótesis no solo se adapta a la anatomía del paciente, sino también a la forma en la que su hueso soporta las cargas, de manera que reproduce su comportamiento mecánico.
Pierre fue intervenido en diciembre de 2023 de un sarcoma óseo de alto grado localizado en la tibia. Tras extirpar el tumor, se colocó un espaciador provisional de cemento con antibiótico. Sin embargo, meses después sufrió una infección y una pérdida severa de densidad ósea que dejó su tibia demasiado debilitada para soportar un implante convencional.
En ese momento, las alternativas pasaban por una prótesis estándar, cuya rigidez y peso hacían inviable su utilización, o por soluciones más agresivas que podían implicar sacrificar la rodilla o incluso la pierna. "Este paciente no tenía alternativa", ha explicado el cirujano oncológico del Gregorio Marañón y director del Instituto de Investigación Sanitaria, Rubén Pérez, quien ha destacado que se trata de "un caso único en el mundo".
"El hito realmente es conciliar diferentes disciplinas y conocimientos para resolver la vida de un paciente que como alternativa tenía una cirugía hemolítica, como la amputación de una pierna o llevar un implante de rodilla en un paciente joven que habría supuesto tener que sacrificar toda la articulación", afirma.
Hasta ahora, los implantes a medida solo se ajustaban a la anatomía del paciente (su forma) sin tener en cuenta su función, mientras que los implantes estándar cuentan con tallas que se eligen en función del paciente. En este caso, el proceso se ha realizado "a la inversa", es decir, se ha diseñado la prótesis para el paciente y no se ha preparado al paciente para la prótesis. "No existía una solución comercial, por eso nos tuvimos que ir a la solución académica", dice Pérez.
A partir de las imágenes radiológicas se creó un gemelo digital de la pierna sana de Pierre. Sobre ese modelo se simularon las cargas que soporta una tibia durante actividades como caminar, subir escaleras o tropezar y, a partir de esos datos, se calculó punto por punto la estructura interna que debía tener el implante.
De esta forma, también fue posible orientar los tornillos de fijación hacia las zonas donde el paciente conservaba una mayor calidad ósea. El objetivo era que el implante no sustituyera al hueso simplemente como una estructura rígida, sino que imitara su comportamiento.
Un implante capaz de imitar el comportamiento del hueso
"El material es estándar, la novedad está en la forma", ha explicado Luis Saucedo-Mora, profesor titular de la Universidad Politécnica de Madrid y uno de los responsables del desarrollo. El equipo ha utilizado una aleación de titanio, pero ha modificado su estructura mediante un metamaterial compuesto por barras de escala milimétrica que pueden organizarse en distintas geometrías para modular cómo responde la pieza ante una carga.
"Tenemos que ir justo a replicar las propiedades que tenías en ese momento", ha señalado Saucedo-Mora, que ha destacado que esta tecnología permite reproducir las propiedades mecánicas del hueso utilizando un material diferente.
El resultado es una prótesis mucho más ligera que las convencionales. El implante pasa de pesar cerca de un kilo a unos 300 gramos, aunque durante la presentación del proyecto Saucedo-Mora ha explicado que la estructura puede situarse incluso en torno a los 150-200 gramos. "Es prácticamente lo que pesa un reloj, un poco más", ha resumido.
La reducción de peso es bastante relevante para el paciente, ya que evita introducir una carga excesiva en una zona de la pierna que ya se encuentra debilitada. Al mismo tiempo, la estructura mantiene una resistencia superior a los 500 kilos.
Otra de las claves del desarrollo es que la estructura del implante no es completamente maciza, sino que presenta una red porosa que permite incorporar hueso esponjoso procedente del Banco de Huesos y Tejidos Osteotendinosos del propio Gregorio Marañón.
El injerto queda entrelazado dentro de la estructura metálica, favoreciendo la integración ósea y la fijación del implante. Las pruebas realizadas después de la intervención han confirmado un ajuste preciso entre el hueso, el injerto y la prótesis, con signos avanzados de integración.
Una prótesis que pesa como "un reloj"
Casi un año después de la cirugía, Pierre no ha presentado infecciones ni complicaciones relacionadas con el implante, mantiene la alineación y movilidad de la rodilla y ha recuperado su capacidad funcional. Después de años utilizando un sistema de apoyo, ya puede caminar en muchos casos sin muletas y ha comenzado a hacer ejercicio.
El desarrollo también plantea un cambio en la fabricación de implantes personalizados. Rubén Pérez ha explicado que una prótesis de estas características desarrollada mediante los canales habituales del mercado puede tener un coste de entre 30.000 y 50.000 euros y requerir meses de trabajo.
En el caso de Pierre, el diseño se pudo desarrollar en cuestión de semanas y el coste de fabricación fue de unos 3.000 euros. Para el responsable del Gregorio Marañón, la importancia no reside en el ahorro, sino en la posibilidad de utilizar los recursos públicos para que la medicina personalizada pueda llegar a un mayor número de pacientes.
"El problema del implante a medida es que es un proceso lento, se desarrolla en meses y muy costoso a nivel económico", ha señalado Pérez. El objetivo, ha añadido, es que en el futuro "cualquier paciente pueda tener derecho a una solución a medida".
Saucedo-Mora ha coincidido en que el carácter público de las instituciones implicadas permite responder de manera rápida a necesidades que no encuentran una solución comercial. "Somos entes públicos que por eso nos podemos permitir tener esa capacidad de reacción, tener todo el conocimiento listo para desarrollar y aplicarlo", ha explicado.
El proyecto es fruto de más de diez años de desarrollo de la medicina personalizada en el Gregorio Marañón. La Upam3D comenzó su actividad en 2014 y acumula ya alrededor de 2.500 casos, dentro de una estrategia que ha convertido al hospital en fabricante de productos sanitarios personalizados.
El centro obtuvo en 2020 la certificación bajo la norma ISO 13485, que permite fabricar implantes a medida dentro de un sistema de calidad y trazabilidad específico. En este caso, todo el proceso, desde el diseño hasta la fabricación mediante impresión 3D, los tratamientos de acabado, la verificación y la esterilización, se realizó en el propio hospital.
El desarrollo también ha supuesto una colaboración entre disciplinas que habitualmente trabajan en ámbitos muy diferentes. Ingenieros de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio de la UPM han trasladado al ámbito médico una tecnología basada en estructuras diseñadas para controlar el comportamiento de los materiales.
El objetivo ahora es ampliar la experiencia. "Nuestra idea es escalarlo y que todo el mundo pueda tener acceso a todo eso", ha señalado Saucedo-Mora. Pérez, por su parte, ha avanzado que ya se ha implantado otro caso con tecnología similar y que el siguiente paso es desarrollar un protocolo que permita convertir esta experiencia en un programa aplicable a un mayor volumen de pacientes.