Nanotecnología en Ortopedia y Traumatología Revisión del tema

Nanotecnología en Ortopedia y Traumatología
Revisión del tema
Nanotechnology in Orthopaedic and Traumatology
Update review

¹ Universidad de Ciencias Médicas. Hospital Pediátrico Provincial Dr. Eduardo Agramonte Piña. Departamento de Ortopedia y Traumatología. Camagüey, Cuba.
² Escuela de Kinesiología. Facultad de salud. Universidad de Santo Tomas. Chile, Chile.
³ Hospital de Amistad entre Vietnam y Cuba. Dong Hoy, Vietnam.

RESUMEN
Introducción: La nanotecnología es la parte de la ciencia que estudia de forma individual, controlada y manipulada los átomos y moléculas de 1 a 100 nanómetros, esta modalidad es empleada en varias áreas entre ellas la salud.
Objetivo: Actualizar los conocimientos en relación al uso de la nanotecnología en la especialidad de Ortopedia y Traumatología.
Métodos: La búsqueda y análisis de la información se realizó en un periodo de tres meses (primero de marzo de 2025 al 31 de mayo de 2025) y se emplearon las siguientes palabras: nanotechnology, nanomecine, nanotechnology AND Orthopedics. A partir de la información obtenida se realizó una revisión bibliográfica de un total de 172 artículos publicados en las bases de datos PubMed, Hinari, SciELO y Medline mediante el gestor de búsqueda y administrador de referencias EndNote, de ellos se utilizaron 30 citas seleccionadas para realizar la revisión, de ellas 28 de los últimos cinco años.
Resultados: Se mencionan los componentes esenciales utilizados en la nanotecnología. Se describen las aplicaciones de esta modalidad en la columna vertebral, Oncología Ortopédica, en los materiales anticancerosos, artroplastia, cartílago articular, adherencias de los tendones, trastornos en la consolidación ósea, infecciones y el transporte de antimicrobianos.
Conclusiones: La nanotecnología ofrece una alternativa prometedora ante algunos de los problemas actuales de la especialidad. Sin embargo, los efectos a largo plazo en humanos son desconocidos, estudios preliminares reportan toxicidad en el cerebro y pulmón, inflamación sistémica y estrés oxidativo. Las investigaciones sobre este tema costarán billones de dólares y la producción en masa será muy difícil debido a la complejidad de estas estructuras.

DeCS: NANOTECNOLOGÍA; ORTOPEDIA; TRAUMATOLOGÍA; COLUMNA VERTEBRAL; CARTÍLAGO ARTICULAR.

ABSTRACT
Introduction: Nanotechnology is a branch of science that studies atoms and molecules from 1 to 100 nanometers in size, individually controlled and manipulated.
Objective: To update knowledge on the use of nanotechnology in the specialty of Orthopedics and Traumatology.
Methods: The search and analysis of information was conducted over three months (March 1st, 2025, to May 31st, 2025) using the keywords "nanotechnology", "nanomedicine", "nanotechnology", and "orthopedics". Based on the obtained information, a bibliographic review of 172 articles published in PubMed, Hinari, SciELO, and Medline databases was conducted using the EndNote search and reference manager. Thirty selected citations were used for the review, 28 of which were published within the last five years.
Results: The essential components used in nanotechnology are mentioned. The applications of this technology are described in spine and orthopedic oncology, as well as in anticancer materials, arthroplasty, articular cartilage, tendon adhesions, bone consolidation disorders, infections, and the transport of antimicrobials.
Conclusions: Nanotechnology offers a promising alternative to some of the specialty's current problems. However, the long-term effects on humans are unknown. Preliminary studies report toxicity in the brain and lungs, as well as systemic inflammation and oxidative stress. Research on this topic will be costly, and mass production will be difficult due to the complexity of these structures.

DeCS: NANOTECHNOLOGY; ORTHOPEDICS; TRAUMATOLOGY; SPINE; CARTILAGE, ARTICULAR.

Las reacciones químicas e interacciones moleculares que tienen lugar en el cuerpo humano involucran materia de 4 a 400 átomos que son medidos en nanómetro (nm) según plantean Sullivan et al.⁽¹⁾ La nanotecnología es la parte de la ciencia que estudia de forma individual, controlada y manipulada los átomos y moléculas de 1 a 100 nm.

Richard Freyman en el año 1959 fue el primero en mencionar el término nanotecnología y sus amplias aplicaciones en la ciencia, donde las leyes clásicas de la física no son aplicables por tener un comportamiento nuevo y diferente.^(2,3,4)

Los campos de aplicación de la nanotecnología son amplios e incluyen entre otros, la producción de alimentos, cosméticos, electrónica, filtración de agua y la medicina, conocida esta última modalidad como nanomedicina.^(5,6)

El uso de la nanotecnología en la medicina es amplio, en especial en la especialidad de Ortopedia y Traumatología donde su aplicación se extiende a dar respuesta a problemas existentes en los siguientes campos de la especialidad como: la medicina deportiva, tumores, traumatismos, articulaciones y columna vertebral.^(7,8)

La aplicación fundamental está relacionada con la condrogénesis, regeneración de tejidos como los tendones, ligamentos y el tejido nervioso, la prevención y tratamiento de las infecciones en especial las artroplastias, consolidación de las fracturas, diagnóstico temprano y tratamiento de los tumores óseos y osteointegración de los implantes quirúrgicos.^(9,10)

Debido a la importancia de este tema en el futuro de la especialidad de Ortopedia y Traumatología y la escasa publicación de artículos sobre este tema en la literatura nacional, los autores de la investigación tienen como objetivo actualizar en las aplicaciones de la nanotecnología.

La búsqueda y análisis de la información se realizó en un periodo de tres meses (primero de marzo de 2025 al 31 de mayo de 2025) y se emplearon las siguientes palabras: nanotechnology, nanomecine, natotechnology AND orthopedics. A partir de la información obtenida se realizó una revisión bibliográfica narrativa de un total de 172 artículos publicados en las bases de datos PubMed [https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/], Hinari [https://www.who.int/hinari/es/], SciELO [https://scielo.org/es/] y Medline [https://medlineplus.gov/spanish/] mediante el gestor de búsqueda y administrador de referencias EndNote, de ellos se utilizaron 30 citas seleccionadas para realizar la revisión, de ellas 28 de los últimos cinco años, este elemento no constituyó un criterio de selección.Se consideraron todos los estudios sobre la nanotecnología en la especialidad de Ortopedia y Traumatología en humanos, de tipo experimental, en idioma inglés y español.

Componentes esenciales: para el mejor entendimiento de la nanotecnología se necesita conocer sus componentes esenciales (cuadro 1),⁽¹¹⁾ (figura 1).⁽¹¹⁾

Aplicaciones de la nanotecnología según regiones y entidades que sufre el enfermo: en esa sección se específica la aplicación de la nanotecnología.

La nanotecnología es aplicable en la columna vertebral en las áreas de la regeneración tisular y los implantes. Con relación a la primera incluye la regeneración del disco intervertebral, los andamios nanofibrosos donde reposan células regenerativas y factores de crecimiento es empleado en la regeneración de neuronas mediante nanotubos de carbono, que promueven el crecimiento axonal. Los implantes espinales se benefician de la nanotecnología, ya que facilita la fusión espinal y evita las complicaciones derivadas del uso de la proteína morfogenética, modifica la superficie de los implantes espinales mediante la asociación de nanopartículas de óxido de titanio y zirconio, que favorecen la formación de hueso. Además, las nanopartículas de nitrato de silicona en los espaciadores intervertebrales ofrecen múltiples ventajas biomecánicas. Por otra parte, induce a una mayor angiogénesis y osteogénesis, al favorecer la osteointegración implante-hueso. ^(12,13,14)

En relación a la aplicación en la Oncología Ortopédica su indicación es amplia e incluye la aplicación terapéutica, en los materiales anticancerosos y el diagnóstico. La aplicación terapéutica de la nanotecnología es superior a los citostáticos con menor toxicidad, resistencia y efectos secundarios. El citostático es cargado en una nanopartícula, la cual se une a un anticuerpo monoclonal que a su vez se adosa a la célula tumoral, de esta forma se reduce la toxicidad colateral y el daño a las células no tumorales. ^(15,16)

Los materiales anticancerosos en especial los implantes de nanoselenium inhiben el crecimiento de células tumorales. Por otra parte, las partículas con aleación de magnesio en los implantes tienen propiedades anti-tumorales, en especial contra las células presentes en el osteosarcoma.^(16,17)

Las aplicaciones de la nanotecnología en el diagnóstico de la Oncología Pediátrica, consiste en unir nanopartículas complejas que permiten detectar las células tumorales en cualquier parte del organismo mediante exámenes imagenológicos, además ayuda a identificar metástasis de forma precoz.^(16,18)

El uso de la nanotecnología en la artroplastia, se basa en la nanotextura de la superficie del implante, que favorece el crecimiento de osteoblastos e incrementa la osteointegración. Los nanotubos son muy útiles en el componente acetabular de la artroplastia total de cadera.

Por otra parte, el cemento óseo empleado en la artroplastia cuando se asocia a antimicrobianos tiene un tiempo de acción corto, la nanotecnología permite mediante nanopartículas lípicas y de silicio una liberación más lenta del antimicrobiano. Se pueden aplicar otros compuestos no antimicrobianos en el cemento óseo para el control y prevención de la infección como el citosan y la plata. El cemento óseo convencional provoca respuesta inmune, lo que puede producir fallo del implante por encapsulación e inflamación. ^(19,20,21)

El cartílago articular dañado tiene escasa posibilidad de reparación por sí mismo y evoluciona a la artrosis secundaria. La nanotecnología favorece la condrogénesis mediante el uso de andamios sintéticos que permiten una regeneración natural sin los efectos secundarios de toxicidad de los andamios actuales. Con el uso de la nanotecnología se puede recuperar hasta un 70 % del defecto del cartílago. ^(22,23,24)

La formación de adherencias después de la cirugía de los tendones es un problema común, la nanotecnología favorece la cicatrización intrínseca y extrínseca mediante nanopartículas de hidrosol que a su vez inhiben las adherencias posoperatorias. El empleo de andamios está en estudio e investigación, pero prometen resultados favorables en la formación de colágeno de gran viabilidad y estabilidad.^(25,26)

Los trastornos de la consolidación ósea son un problema actual, el empleo de andamios de nanofibras favorecen la consolidación y la formación de hueso, esta aplicación se extiende a pacientes que tienen seudoartrosis mediante injertos sintéticos muy semejantes al hueso (nanosilicatos). Los nanosilicatos han demostrado buena fortaleza, porosidad y mineralización ósea.^(27,28)

Las infecciones establecidas del sistema osteomioarticular constituyen un verdadero problema en la actualidad, las bacterias situadas debajo de una capa de biofilm son 100 veces más resistentes a los antimicrobianos, de ahí que el uso de anti-biofilms por nanotecnología con incorporación de vancomicina permiten la liberación de este antimicrobiano por 100 horas más. Las gasas con nanotecnología de plata disminuyen el crecimiento bacteriano y favorecen la cicatrización. La cobertura con tornillos de titanio con nanopartículas de plata impide la formación de los biofilms.^(6,29)

De acuerdo con Cancela,⁽³⁰⁾ la nanotecnología aplicada a la transportación de antimicrobianos promete ser un arma fundamental para el tratamiento de las infecciones óseas. Esta modalidad de forma teórica hasta la actualidad presenta grandes ventajas farmacocinéticas y farmacodinámicas.

CONCLUSIONES
La nanotecnología ofrece una alternativa prometedora ante algunos de los problemas actuales de la especialidad de Ortopedia y Traumatología. Sin embargo, los efectos a largo plazo en humanos son desconocidos, estudios preliminares reportan toxicidad en el cerebro y pulmón, inflamación sistémica y estrés oxidativo. Las investigaciones sobre este tema costarán billones de dólares y la producción en masa será muy difícil debido a la complejidad de estas estructuras.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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CONFLICTO DE INTERESES
Los autores declaran que no existen conflicto de intereses.

DECLARACIÓN DE AUTORÍA
Alejandro Álvarez-López (Conceptualización. Curación de datos. Análisis formal. Investigación. Metodología. Administración del proyecto. Software. Supervisión. Validación. Redacción– borrador original. Redacción–revisión y edición).
Eric Urbina-Santibañez (Conceptualización. Curación de datos. Análisis formal. Investigación. Administración del proyecto. Software. Visualización. Redacción-borrador original. Redacción-revisión y edición).
Tuan Nguyen-Pham (Conceptualización. Curación de datos. Metodología. Supervisión. Validación. Visualización).