Desarrollo de un implante de disco intervertebral lumbar mediante tecnologías de manufactura aditiva para la simulación de propiedades biomecánicas

El dolor lumbar, asociado a la degeneración del disco intervertebral, constituye una de las principales causas de discapacidad a nivel mundial. Entre las soluciones actuales, los implantes metálicos han mostrado limitaciones críticas; restringen la movilidad natural de la columna, alteran la transmisión fisiológica de cargas y aceleran la degeneración de las vértebras adyacentes. Estos problemas se relacionan con el fenómeno de stress shielding, en el que el hueso pierde su densidad ósea debido a la diferencia de rigidez en comparación con el implante. Además, la geometría comúnmente empleada no reproduce las propiedades viscoelásticas del disco, lo que genera fallos en la fijación, complicaciones quirúrgicas o incluso la persistencia del dolor.
Ante estas limitaciones, el presente proyecto plantea el desarrollo de un implante de disco intervertebral lumbar utilizando tecnologías de manufactura aditiva. Estas tecnologías permiten la creación de dispositivos médicos personalizados con estructuras complejas, abriendo la posibilidad de incorporar gradientes de rigidez por medio de configuraciones celulares tipo lattices, fundamentadas en modelos biomiméticos como los de Gibson-Ashby. Para optimizar estos diseños, se aplicarán metodologías avanzadas de Design for Additive Manufacturing (DfAM), integrando implicit modeling para construir arquitecturas continuas y multi-escala sin la restricción de geometrías convencionales, así como field-driven design, que permite variar parámetros estructurales (densidad, espesor de celda, orientación de fibras) en función de los campos de esfuerzo y deformación obtenidos en simulaciones biomecánicas. Estas estrategias de diseño posibilitan una reducción controlada del módulo elástico, mejorando la biocompatibilidad y la integración con el hueso circundante.
El objetivo general es desarrollar experimentalmente un implante de disco intervertebral lumbar que se acerque al comportamiento mecánico de un disco sano, integrando para ello ensayos experimentales y simulaciones computacionales. La relevancia de este proyecto radica en aportar al estado del arte mediante el diseño de un implante biomimético que supere las limitaciones de dispositivos artificiales convencionales, generar datos comparativos entre tecnologías de manufactura aditiva disponibles en el país y abrir la posibilidad de realizar pruebas repetibles y personalizadas en modelos artificiales de columna. En conjunto, esta propuesta no solo permitirá generar prototipos ajustados y funcionales, sino que también aspira a contribuir con alternativas más duraderas, seguras y accesibles para el tratamiento de patologías de la columna vertebral.

Desarrollar un implante de disco intervertebral lumbar mediante tecnologías de manufactura aditiva, que simule las propiedades biomecánicas de un disco natural y pueda ser validado experimentalmente integrado a un modelo vertebral artificial impreso en 3D.

diseño contexto y entorno