Fabrican un nuevo recubrimiento más resistente y biocompatible para los implantes óseos impresos en 3D

Un equipo de investigación del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMS), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y de la Universidad de Sevilla (US), ha fabricado un nuevo recubrimiento más resistente y biocompatible para su aplicación sobre implantes óseos obtenidos mediante impresoras 3D. El trabajo se ha publicado en la revista Surface & Coatings Technology.

La innovación principal impulsada por el equipo ha consistido en aplicar una capa nanométrica de una aleación de titanio beta, que incluye niobio, zirconio y tántalo sobre los llamados scaffolds o andamios. Estas estructuras 3D imitan la arquitectura del hueso y sirven como soporte para el crecimiento de las células precursoras del tejido óseo.

Esta variante de titanio tiene propiedades mecánicas más compatibles con el hueso e incrementa significativamente la resistencia a la corrosión en el entorno biológico. Específicamente, mediante esta lámina de tan solo 1-2 micras de espesor, los investigadores han conseguido disminuir la densidad de corriente de corrosión en un 81% y reducir la rigidez percibida en la superficie de la prótesis. Este comportamiento se traduce en una mejor interacción biomecánica con el hueso, limitando el relajamiento del tejido huésped y favoreciendo la integración del implante.

El recubrimiento ha sido fabricado mediante la técnica de plasma HiPiMS, una variante de la pulverización catódica (también conocida como magnetron sputtering) en la que la energía se libera en forma de pulsos de alta intensidad para tratar una muestra o superficie. De esta manera, el recubrimiento obtenido se caracteriza por una estructura compacta y una morfología nanoestructurada de «grano de arroz» que no solo actúa como barrera química, sino que mejora la compatibilidad biomecánica del implante en el organismo.

Por este motivo, la aportación técnica del CSIC ha sido fundamental para superar el reto de recubrir de forma uniforme las geometrías porosas de los scaffolds, fabricados mediante un equipamiento de impresión 3D (único por sus prestaciones), disponible en la UPC y en el grupo del profesor Torres.

Andamio (scaffold) tratado con el nuevo recubrimiento de aleación de titanio beta, que incluye niobio, zirconio y tántalo / Foto: ICMS

Este avance demuestra que la integración de la fabricación aditiva (impresión 3D) y la ingeniería de superficies avanzada es una vía eficaz para el desarrollo de prótesis personalizadas más seguras y duraderas. La colaboración entre el ICMS y las universidades participantes subraya el potencial de la cooperación científica para resolver problemas complejos en el ámbito de la bioingeniería de materiales.

Colaboración estratégica desde 2023

El trabajo ha estado dirigido por el investigador científico del CSIC y líder del grupo de investigación Tribología y Protección de Superficies (TRIPS) del ICMS, Juan Carlos Sánchez. Los resultados son continuación de una línea de investigación coordinada por el profesor de la US, Yadir Torres. A esto se suma el esfuerzo de un consorcio multidisciplinar en el que también han participado las universidades de Valladolid (UVa) y la Politécnica de Catalunya (UPC).

Esta investigación consolida una trayectoria de colaboración estratégica iniciada en 2023, cuando el equipo validó el uso de la técnica HiPiMS para recubrimientos elaborados con una aleación de titanio, aluminio y vanadio (Ti6Al4V), una de las más utilizadas en biomedicina. Posteriormente, en 2025, se perfeccionó la deposición de la aleación beta de titanio (TNZT) sobre probetas macizas de titanio, logrando una reducción de la rigidez de la superficie en torno a un 30%. Este hecho favorece una transmisión más natural de las cargas al hueso, evitando la pérdida de masa ósea alrededor del implante. Precisamente, este concepto se ha validado en este último trabajo, pero en geometrías tridimensionales complejas necesarias para la regeneración del hueso.

Los próximos pasos del equipo del CSIC son continuar aplicando recubrimientos mediante la técnica HiPIMS sobre implantes con diversas formas y geometrías complejas, con la finalidad de optimizar la funcionalidad entre el biomaterial y el implante, y de este modo, sean cada vez más duraderos y resistentes.