El Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A) de la Universidad de Zaragoza ha desarrollado técnicas de simulación virtual capaces de detectar el riesgo de una persona a sufrir una fractura ósea o de predecir la evolución tras el implante de una prótesis. Precisamente, el I3A ha sido designado coordinador del proyecto europeo CAD-Bone, dotado 582.790 euros y financiado por la Comisión Europea dentro del 7º Programa Marco de Investigación y Desarrollo. En este proyecto europeo, que se desarrollará durante cuatro años, participan tambiénla Universidad Católica de Lovaina (Bélgica)y una multinacional de gran prestigio en el ámbito del diseño y la innovación en ingeniería como es Materialise (Bélgica). El objetivo principal de este equipo multidisciplinar es acercar las herramientas habituales del ámbito de la simulación en ingeniería para el análisis personalizado de enfermedades musculoesqueléticas asociadas al tejido óseo.
Precisamente, esta semana, el I3A ha acogido la primera reunión de trabajo de los científicos participantes en el proyecto CAD-BONE, en el Edificio Betancourt del Campus Río Ebro de la Universidad de Zaragoza.
El investigador principal del proyecto CAD-BONE es el aragonés José Manuel García Aznar, catedrático del área de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras del Departamento de Ingeniería Mecánica, y coordinador del grupo Multiescala en Ingeniería Mecánica y Biológica (M2BE), grupo consolidado de investigación por el Gobierno de Aragón del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón. Precisamente, este equipo de investigación del I3A cuenta con una dilatada trayectoria en Mecanobiología de la regeneración y remodelación de tejidos, Mecanobiología celular, Ingeniería de tejidos, Evaluación computacional de prótesis e implantes y Diseño de materiales biomiméticos o autorreparables en distintas aplicaciones en ingeniería.
En concreto, el grupo M2BE centra su investigación en el desarrollo de modelos de simulación por ordenador que permiten combinar diferentes escalas de longitud y tiempo, así como acoplar factores mecánicos y biológicos. De hecho, se desarrollan modelos que simulan el comportamiento desde el interior de la célula hasta un órgano completo. Este equipo de investigación está compuesto por un catedrático de universidad, tres profesores titulares de universidad, un contratado doctor, dos cirujanos y seis becarios predoctorales.
Aplicaciones de CAD-BONE e impacto social
El proyecto CAD-BONE pretende combinar herramientas de simulación para simular y predecir la evolución de las propiedades de los huesos tras una operación o tras un tratamiento específico y conseguir así un análisis personalizado y centrado en cada paciente.
Entre las aplicaciones más directas de este trabajo de investigación destaca la determinación del riesgo de fractura en cada paciente. En este sentido, se van a desarrollar modelos de simulación personalizados, capaces de predecir las cargas que soportan los huesos durante las actividades físicas habituales, y realizar una estimación del riesgo real de fractura que existe en los huesos de cada paciente.
Asimismo, esta técnica ayudará a la planificación pre-operatoria, al facilitar la toma de decisión clínica del equipo médico. Cuando un paciente presenta una lesión en su esqueleto como puede ser una fractura de un hueso, el equipo médico tiene que decidir qué tratamiento es el más adecuado para ese paciente concreto, en función de sus características morfológicas, edad, sexo, estado físico, etc. No es lo mismo el tratamiento para una fractura de hueso en una persona adulta que hace ejercicio habitualmente que el tratamiento que requiere una persona mayor que no hace casi ejercicio.
Es por eso que se van a desarrollar modelos predictivos de simulación que van a permitir evaluar como van a responder los huesos ante diferentes tratamientos o ante la implantación de una prótesis u otra. De esta forma, en función de cada paciente, se podrá decidir qué implante es el más adecuado para la fractura a tratar, previendo que respuesta a largo plazo va a causar dicho implante en el paciente.
Por otro lado, esta simulación virtual ayudará a la predicción en minutos de los cambios inducidos por una operación quirúrgica. Estos modelos de simulación virtual permitirán simular una operación real viendo sus resultados casi al instante.
Finalmente, la simulación virtual se podrá aplicar en tratamientos en traumatología como una herramienta para la formación médica. Esta potente herramienta de simulación virtual permitirá a los estudiantes definir tratamientos virtuales sobre pacientes específicos virtuales para saber si el tratamiento por ellos propuesto sería adecuado o no para dicho paciente. Esta herramienta les permitirá aprender y comprender mejor los mecanismos de regeneración y remodelación del tejido óseo, así como establecer nuevas pautas o tratamientos en pacientes específicos.
