Implantes inteligentes que evalúan nuestros huesos

La regeneración de un hueso es un proceso lento y complejo que requiere un seguimiento estricto durante semanas o meses. En la actualidad, los médicos dependen de estudios por imágenes (como radiografías) o evaluaciones clínicas indirectas para poder monitorear la evolución de los tratamientos. Sin embargo, estas herramientas no siempre permiten conocer, de manera temprana y no invasiva, qué está ocurriendo exactamente dentro de la lesión.

En el marco de un trabajo colaborativo entre investigadores de nuestro Campus UCC Río Cuarto y el Instituto de Investigación Tecnológica de la Universidad Pontificia Comillas de Madrid (España), se están desarrollando scaffolds inteligentes o auto-sensores. Este proyecto liderado por Leonardo Molisani y Juan Fontana, tiene como objetivo crear estructuras que, además de servir como soporte para la regeneración del tejido óseo, puedan actuar como sensores pasivos que informen sobre su estado a través de señales electromagnéticas. Conversamos con Molisani para conocer los detalles.

Para empezar, ¿qué es un scaffold y cómo ayuda a reparar una lesión ósea?

La palabra scaffold viene del inglés y significa "andamio". Funciona de manera muy similar a los soportes que se usan en una construcción: se coloca temporalmente en la zona dañada para guiar y sostener el crecimiento del nuevo tejido. Estos andamios son estructuras microscópicas, porosas e impresas en 3D con materiales biocompatibles y biodegradables. En este proyecto se utiliza una combinación de plástico biodegradable con cerámicas especiales, como el óxido de zirconio (que aporta resistencia) y la hidroxiapatita. Esta última es clave porque se parece químicamente al mineral natural de nuestros huesos y dientes, lo que facilita que las células del cuerpo se adhieran a ella, se multipliquen y colonicen el andamio. Con el tiempo, el organismo genera hueso real y la estructura artificial se degrada de forma segura.

¿Cómo se plantean ese monitoreo?

La investigación combina biomateriales, electrónica, impresión 3D, simulación computacional e inteligencia artificial (IA). El secreto de su funcionamiento radica en las microondas. A medida que las células y los fluidos van ocupando los poros del andamio, las propiedades físicas y eléctricas del entorno cambian. El scaffold está diseñado para comportarse como un pequeño resonador electromagnético; por lo tanto, cuando su entorno biológico cambia, la señal que emite al ser "interrogado" por microondas también se modifica. Al medir estas variaciones, y sin necesidad de cables ni baterías dentro del cuerpo, se pueden estimar variables críticas como el avance de la regeneración ósea, la degradación del material, la hidratación o la presencia de procesos inflamatorios.

Se trata de una investigación incipiente ¿Qué avances han logrado hasta el momento?

Hasta ahora, el equipo ha avanzado con éxito en la formulación matemática del modelo y en la creación de un primer "gemelo digital" sintético. Se trata de una réplica virtual de la prótesis que permite simular su comportamiento real. Con este gemelo digital, vamos a generar señales electromagnéticas simuladas para entrenar a los algoritmos de IA, enseñándoles a interpretar qué significa cada cambio en la señal. Actualmente, se trabaja en una versión dinámica de este modelo computacional para que no solo tome una "foto" instantánea del implante, sino que pueda seguir su evolución a lo largo del tiempo. Trabajamos en conjunto con un equipo de científicos del Instituto de Investigación Tecnológica de la Universidad Pontificia Comillas. Ellos son Juan C. del Real, Yolanda Ballesteros, Francisco Javier Herraiz-Martinez, Eva Paz y Sara López de Armentia, entre otros.

¿Cómo se distribuye el trabajo entre ambas instituciones?

Es un esfuerzo internacional donde las instituciones acoplan sus fortalezas de forma complementaria. El equipo del Instituto de Investigación Tecnológica de la Universidad Comillas se encarga de la parte experimental: la fabricación física de los prototipos mediante impresión 3D, la caracterización de los materiales y las pruebas de laboratorio con microondas. Por su parte, nuestro equipo en la UCC aporta el cerebro analítico: el modelado físico-matemático, el análisis de las señales y el entrenamiento de la inteligencia artificial para traducir esos datos electromagnéticos en información médica comprensible.

Algunos de los miembros del equipo UCC son Juan Fontana, María Paula Militello, José L. Saavedra, Sol Gutierrez, Esteban Giugge y quien les habla, Leonardo R. Molisani.

¿Cuál es el impacto de esta tecnología y por qué se desarrolla en la universidad?

El impacto potencial en la salud pública es enorme. De validarse experimentalmente, esta tecnología dará paso a una nueva generación de implantes óseos inteligentes. Esto reduciría la necesidad de radiografías repetitivas, permitiría detectar complicaciones de forma temprana (como infecciones o rechazos) y ayudaría a personalizar los tratamientos de recuperación. Desarrollar esto en el ámbito universitario es fundamental porque este tipo de soluciones requieren una mirada interdisciplinaria y a largo plazo. Además de generar conocimiento científico de vanguardia, el proyecto impulsa la soberanía tecnológica local en áreas clave como la biomedicina y la IA, al mismo tiempo que forma a los profesionales e investigadores del futuro.