El dolor de espalda causado por un disco intervertebral dañado a menudo requiere cirugía, lo que significa o bien reemplazar el disco con un implante de plástico o de metal o bien retirar el disco problemático y fusionar los adyacentes. Un nuevo tipo de disco de reemplazo--que consiste en una prótesis sembrada con células vivas--podría aliviar el dolor de espalda, sin muchos de los efectos secundarios causados por las soluciones quirúrgicas.

Los investigadores de la Universidad Médica de Carolina del Sur desarrollaron un prototipo de disco de reemplazo mediante la impresión de una prótesis exterior y el posterior sembrado de ésta con células vivas. La prótesis imita la intrincada microestructura de capas de un disco intervertebral real, y es el primer paso hacia la fabricación de un implante que pueda realizar las mismas tareas de apoyo y de absorción de golpes que el original. En comparación con los implantes de metal y de plástico utilizados en la actualidad, las prótesis artificiales recubiertas con tejido vivo pueden repararse a sí mismas, y el acceso constante a una fuente de sangre reduce el riesgo de infección después de la cirugía.

Los discos intervertebrales o DIV, tienen una forma que recuerda a un donut gelatina, con un centro suave y elástico y una capa externa más resistente y fibrosa. Intercalados entre las vértebras de la columna vertebral, los discos definen y apoyan su movimiento, manteniendo los huesos en su lugar al mismo tiempo que permiten a la columna vertebral curvarse y girar en todo su conjunto. Los discos también actúan como amortiguadores de golpes, reduciendo el efecto de los impactos sobre la columna vertebral. Cuando un disco se desgasta, la presión a lo largo de la columna vertebral se distribuye de forma desigual, y si las vertebras se mueven, aunque sea ligeramente, éstas tensionan los nervios que rodean la columna vertebral, causando dolor. Si el ejercicio y la fisioterapia no ofrecen ningún alivio, puede ser necesario intervenir quirúrgicamente.

Sin embargo, la fusión espinal limita la flexión y torsión en la parte operada de la columna vertebral, por lo que algunos cirujanos insisten en el método de implante. "Ninguno de nosotros nació con la espina dorsal fusionada", destaca Barton Sachs, profesor de ortopedia en la universidad médica de Carolina del Sur, que habitualmente realiza la cirugía de implantes de disco y quien no tiene relación con el nuevo trabajo. La fusión de dos huesos juntos puede aumentar la presión sobre los segmentos vecinos, desgastando otros discos, explica Sachs. El implante no sólo conserva el movimiento, sino que el tiempo de recuperación de la cirugía también es más corto. "Funciona muy bien", afirma Sachs. "[Los pacientes] salen antes del hospital; vuelven a su estilo de vida habitual más rápido."

Sin embargo, los implantes que se utilizan actualmente no absorben los golpes. "Se están implantando materiales que parecen de la edad media, y ése es el estado de la práctica clínica actual", destaca   Robert Mauck, profesor de cirugía ortopédica y de ingeniería tisular en la Universidad de Pennsylvania. Mauck está trabajando en una mejora de los implantes que compite con la del grupo de la Universidad Médica de Carolina del Sur.

El grupo de investigadores de la Universidad Médica de Carolina del Sur, dirigido por Xuejun Wen, profesor de bioingeniería y de medicina regenerativa en la Universidad de Clemson y en la Universidad Médica de Carolina del Sur, intentó imitar con precisión la arquitectura natural del disco, para que pudiera realizar las mismas funciones que el original.

En primer lugar, introdujeron un modelo de la compleja estructura interna del disco en un ordenador. Seguidamente, extruyeron poliuretano disuelto a través de una fina micropipeta de punta de vidrio sobre una plataforma mantenida a -4 grados centígrados. La fría temperatura de la base provocó que cada capa impresa solidificara rápidamente y permitió que las sucesivas capas se apilaran y en mantuvieran su forma. "Si no se enfría muy rápido, no se obtendrá la estructura deseada", explica Wen. Por último, el grupo sembró células bovinas sobre la prótesis, para probar si la estructura permitía el crecimiento celular. Las células se reprodujeron durante más de 19 días hasta recubrir toda la prótesis, después de lo cual se determinó que las células se encontraban dispuestas de la misma forma que lo harían en un disco natural.

"Se trata de una inteligente aplicación de la fabricación aditiva y de un trabajo interesante", afirma James Iatridis, profesor de ortopedia y neurocirugía de la Escuela de Medicina Monte Sinaí, en Nueva York. No obstante, Iatridis añade que "hay varios enfoques alternativos que incluyen la reparación biológica en etapas de ensayos clínicos o en otras etapas de desarrollo más avanzadas."

Si bien el nuevo trabajo de Wen y su grupo es el que mas se acerca a la reproducción de la microestructura de un disco real, su rendimiento aún no ha sido probado. En los próximos meses, los discos serán probados en ratas. "Todavía estamos tratando de entender cuán complicadas tienen que ser nuestras soluciones de ingeniería para restaurar la función original", indica Mauck.