Tal vez la manera más simple de explicar la titánica tarea de crear una prótesis es que, durante años, los implantes ortopédicos se pensaron como piezas externas que el cuerpo debía soportar. Metal resistente, rígido, pesado. Tornillos, placas o prótesis capaces de mantener unido un hueso roto, sí, pero también objetos que muchas veces el organismo nunca terminaba de aceptar completamente (y ¿cómo no? Se trata del cuerpo reaccionando a un objeto externo).
El problema no era solamente que el implante funcionara. El problema era que el cuerpo humano jamás deja de notar que hay algo extraño adentro
En uno de los laboratorios del Tecnológico de Costa Rica, un grupo de investigadores lleva años intentando cambiar esa lógica porque no quieren fabricar simplemente implantes más fuertes, sino implantes que se comporten como huesos.
La idea comenzó a tomar forma cuando distintas líneas de investigación del TEC empezaron a encontrarse casi de manera natural. Theo Guillén, de Ingeniería en Materiales; Jorge Cubero, especialista en modificación estructural de materiales; y Miguel Araya, investigador de Diseño Industrial, terminaron uniendo proyectos distintos alrededor de una obsesión común: entender cómo la naturaleza resolvió durante millones de años algo tan complejo como la estructura ósea humana.
“Nosotros tratamos de partir de la naturaleza para orientar soluciones”, explica Guillén, junto a sus colegas y cómplices.
“La inspiración estaba ahí, escondida dentro del cuerpo humano. Porque los huesos no son bloques sólidos, como muchas veces se imaginan. Por dentro tienen una arquitectura porosa, ligera y viva, una especie de andamio microscópico capaz de soportar peso mientras permite el crecimiento y la regeneración constante del tejido”, agrega.
Miguel Araya llegó al grupo durante su doctorado trabajando precisamente en esa pregunta: cómo crear materiales capaces de imitar mecánicamente al hueso humano. El problema de muchos implantes actuales, explica, es que son demasiado rígidos. “Cuando una persona camina, corre o simplemente se mueve, las cargas mecánicas terminan concentrándose únicamente sobre el implante y no sobre el hueso que lo rodea”, detalla.
Y el hueso necesita carga para sobrevivir. “Si el hueso no se bioestimula, comienza a debilitarse”, explica Araya. “Las células pueden morir, el hueso puede reabsorberse y eventualmente ocurren fracturas o pérdidas del implante”.
La solución que comenzaron a explorar parece casi contraintuitiva: fabricar implantes más vacíos.
O, más exactamente, crear estructuras porosas capaces de reducir rigidez y peso mientras funcionan como un andamio donde el hueso pueda crecer e integrarse mecánicamente al implante.
Eso obliga a estudiar prácticamente todo al mismo tiempo: biomecánica, resistencia a fatiga, comportamiento celular, cargas cíclicas, crecimiento óseo y biocompatibilidad. El equipo realiza diseños computacionales complejos para analizar cómo responderían esas estructuras sometidas a años de movimiento humano constante.
Pero mientras Araya estudia cómo debe comportarse el implante hacia afuera, Jorge Cubero trabaja en otra escala completamente distinta: el interior íntimo del material.
“Muchas veces el secreto no está en cambiar el material, sino en cambiar su estructura”, dice.
Su grupo trabaja modificando aleaciones de titanio y magnesio en escalas microscópicas y subatómicas para alterar propiedades físicas sin cambiar necesariamente la composición química original. Cambios diminutos en la estructura interna del material pueden transformar radicalmente su rigidez, elasticidad o resistencia.
El objetivo es convertir el implante en algo mucho más cercano al comportamiento natural del cuerpo y en algunos casos, incluso, hacer que desaparezca.
La idea parece sacada de ciencia ficción, pero el reto es tremendamente complejo, tal como suena. Si el material se degrada demasiado rápido, el hueso todavía no habrá terminado de sanar. Si dura demasiado, pierde sentido usarlo. “Es un rompecabezas”, resume Cubero.
Y además es un rompecabezas que Costa Rica intenta resolver con limitaciones enormes.
Muchas de las tecnologías necesarias simplemente no existen en el país. Ejemplo de ello es que para desarrollar ciertas aleaciones de titanio trabajan con laboratorios en Finlandia; para estudios avanzados de materiales colaboran con investigadores japoneses; parte de los materiales son enviados desde el extranjero porque comprarlos localmente sería prácticamente imposible por costos y disponibilidad.
Aun así, el proyecto ha seguido creciendo mediante alianzas internacionales, intercambios estudiantiles y colaboración entre universidades públicas costarricenses, incluyendo trabajo conjunto con veterinaria de la UNA, especialistas en materiales de la UCR y laboratorios nacionales del Centro Nacional de Alta Tecnología.
Pero incluso con colaboración internacional, el camino hacia implantes utilizables en personas todavía es largo. Esa transición hacia estudios clínicos representa probablemente el desafío más difícil del proyecto. Porque no se trata únicamente de demostrar que un material funciona en laboratorio, sino de probar que puede convivir de forma segura dentro del cuerpo humano durante años. Tal ilusión exige tiempo y lógicamente mucho dinero.
Los grupos sobreviven principalmente gracias a fondos públicos provenientes del Fondo Especial para la Educación Superior (FEES) canalizados a través del TEC. Con esos recursos han equipado laboratorios, adquirido insumos y profesionalizado parte de la investigación.
“Pero si queremos competir en grandes ligas, no es suficiente”, admite Theo Guillén.
Ël habla de horas invisibles que nunca se contabilizan. Jornadas extendidas, sacrificios personales, investigadores repartidos entre docencia, administración y ciencia. Cubero sonríe cuando dice que, en cierto modo, “son masoquistas” porque les gusta demasiado lo que hacen.
Miguel Araya lo explica de forma más sencilla. “Pensar que esto puede mejorar la calidad de vida de alguien es una motivación enorme”, dice. “La investigación muchas veces es dura y tiene muchas limitaciones, pero eso motiva a seguir, aunque necesitamos más financiamiento”.
Aún así, a Cubero las emociones le ganan. De hecho mientras conversa poco a poco se va alejando de lo técnico de los implantes y más bien habla sobre su pasión, por ejemplo, de cuando llegan alumnos a ver lo que están haciendo. Cuando Cubero habla del proyecto, se emoci termina alejándose de los implantes.
“Uno disfruta el proceso”, dice. “Está la meta final, claro. Pero también están esas pequeñas victorias. Desde demostrar que sí se puede hacer investigación de este nivel aquí hasta que un estudiante le diga a uno: ‘profe, usted me abrió los ojos’. Eso vale todo y por eso seguimos trabajando”.