Diseño, caracterización física y estudios preliminares de liberación controlada de fármacos en un modelo experimental para aplicaciones en prótesis temporales impresas tridimensionalmente

• Autores: Carlos Bueno López
• Directores de la Tesis: Vicente Rodilla Alamá (codir. tes.), Cristina Balaguer Fernández (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Cardenal Herrera-CEU ( España ) en 2025
• Idioma: español
• Número de páginas: 155
• Tribunal Calificador de la Tesis: José Emilio Mesonero Gutiérrez (presid.), J.V. Amaya Valero (secret.), Manuel Córdoba Díaz (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Medicina Traslacional por la Universidad Cardenal Herrera-CEU ; la Universidad San Pablo-CEU y la Universitat Abat Oliba CEU
• Materias:
  • Ciencias médicas
    • Farmacología
    • Cirugía
      • Cirugía ortopédica
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología de materiales
      • Plásticos
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Repositorio Institucional CEU
• Resumen
  • español

    En los últimos años, las tecnologías de impresión 3D han adquirido gran relevancia en cirugía ortopédica debido a su capacidad para fabricar prótesis personalizadas. Este estudio preliminar se enmarca en un proyecto más amplio cuyo objetivo es diseñar espaciadores impresos en 3D capaces de incorporar y liberar antibióticos de forma controlada para su aplicación en cirugía de reemplazo articular. Se diseñaron modelos cilíndricos simplificados que replican dimensiones óseas humanas, fabricados con distintos polímeros biocompatibles: PLA estándar, PLA de alta temperatura, ABS, PET-G y PP. Se evaluaron sus propiedades mecánicas, especialmente la resistencia a compresión en orientaciones horizontal y vertical, para determinar el material más adecuado. Además, se investigó el impacto de parámetros críticos de impresión 3D, como la temperatura, el porcentaje de andamiaje interno y la configuración estructural, sobre la resistencia mecánica y la capacidad de liberación controlada de fármacos. El modelo final, fabricado con PLA mediante tecnología de deposición fundida (FDM), presentó microporos interconectados entre capas que favorecen la difusión del fármaco. Para evaluar su funcionalidad, se realizaron ensayos de liberación in vitro utilizando azul de metileno como sustancia modelo, obteniéndose una cinética sostenida y controlada. También se analizaron condiciones clínicas relevantes, como la temperatura corporal (37 °C) y la inmersión en medio acuoso, constatando que el PLA mantenía su integridad morfológica y alcanzaba una resistencia mecánica superior a 500 kgf. En conjunto, los resultados respaldan la viabilidad de desarrollar prótesis personalizadas con capacidad de liberar sustancias terapéuticas de forma eficiente, lo que podría suponer una mejora significativa en el tratamiento de infecciones periprotésicas y otras patologías relacionadas con implantes ortopédicos.

  • English

    In recent years, 3D (three-dimensional) printing technologies have become increasingly relevant in orthopedic surgery due to their ability to produce customized prostheses tailored to individual patients. This preliminary study is part of a broader project focused on developing 3D-printed spacers capable of incorporating antibiotics for use in joint replacement surgery. Simplified cylindrical models replicating human bone dimensions were designed and printed using biocompatible polymers, including standard PLA (Polylactic Acid), High-Temperature PLA, ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), PET-G (Polyethylene Terephthalate Glycol), and PP (Polypropylene). The mechanical properties of each material were thoroughly evaluated, with special attention to compression resistance in both horizontal and vertical orientations. Key printing parameters—such as printing temperature, internal infill percentage, and structural configuration—were also studied. These proved critical in determining both the mechanical strength and the ability to achieve controlled drug release. The final selected model, printed in PLA using fused deposition modeling (FDM), exhibited interconnected micropores between layers, facilitating substance diffusion. To assess therapeutic potential, in vitro release tests were conducted using methylene blue as a model drug, revealing sustained and controlled release kinetics over time. Additionally, environmental conditions relevant to clinical applications—namely, body temperature (37 °C) and water immersion—were examined. The PLA models preserved their morphological integrity and demonstrated mechanical resistance above 500 kgf, meeting the demands of clinical use. The findings of this preliminary work support the feasibility of developing personalized prosthetic components with integrated drug reservoirs. These devices offer the potential for targeted, sustained delivery of antibiotics or other therapeutic agents, representing a significant improvement in the treatment of periprosthetic infections and related orthopedic conditions.