DE LA MECÁNICA RACIONAL A LA INGENIERÍA BIOMÉDICA

AUTORES: Manuel Chiachio Ruano, Juan Chiachio Ruano y Guillermo Rus Carlborg

La medicina está demostrando cada vez más su necesidad de ingenieros de todas las disciplinas: estructurales cuando hace falta profundizar en el funcionamiento de la estructura del esqueleto; de materiales para entender los tejidos; hidráulicos para afrontar problemas de circulación o cardíacos, etcétera. Varios de estos ejemplos nos ilustran que la línea divisoria entre disciplinas como la medicina, la ingeniería o las ciencias matemáticas se está borrando completamente.

Uno de los ejemplos que está atrayendo gran parte de la atención de la ingeniería es el hueso.

El hueso humano es un material extraordinariamente complejo por su estructura interna, que además está en continua regeneración. El material se concentra en el contorno, llamado parte cortical, maximizando el momento de inercia, mientras que el interior lo ocupa un entramado poroso llamado trabecular de fibras que se alinean con las tensiones principales para transmitirlas con la máxima eficiencia, a modo de “alma” de una sección. Si observamos al microscopio la estructura jerárquica a diferentes escalas nos sorprendemos aun más.

Comprender, simular y monitorizar esta estructura requiere de una estrecha colaboración entre especialistas, y es el único camino para resolver los tan extendidos problemas de osteoporosis, que afectan sólo en España a 2 millones de mujeres, una de cada dos mujeres mayores de cincuenta años. Peor aún, el 20% de ellas sufre fractura de cuello femoral antes de un año desde su diagnóstico, generalmente con complicaciones después de la cirugía.

Otro ejemplo es el parto prematuro, la mayor causa de mortalidad infantil en la actualidad, que afecta al 11% de todos los nacimientos. No existe hoy en día ninguna técnica capaz de pronosticarlos de forma fiable, y de nuevo los ingenieros entramos a aportar una posible solución. El cuello del útero se compone de una estructura de fibras de colágeno, elastina y otros componentes con la formidable tarea de metamorfosearse hasta permitir una dilatación de varios órdenes de magnitud que permita el parto. Estamos desarrollando modelos computacionales mecánicos que reproduzcan el fenómeno, así como sensores basados en ultrasonidos, que no son más que ondas mecánicas como las sísmicas, con objeto demonitorizar esos cambios y por primera vez pronosticar la fecha del parto prematuro.

Uno de los retos más emocionantes a los que se asoma la ingeniería consiste en fabricar nuevos tejidos u órganos artificiales a partir de células madre del propio donante, constructos de diversa índole, impresoras 3D de tejidos, etc., a través de una familia de capacidades ingenieriles al servicio de la sociedad.

Estas y otras actividades están en el foco de las prioridades de los centros de investigación en ingeniería de las universidades más prestigiosos del mundo (Caltech, MIT, UCL, La Sorbona), que no dudan en clausurar departamentos de ingeniería obsoletos para fundar unidades de investigación en proyectos como los anteriores.

Agradecimientos a los autores de esta publicación y a la Demarcación de Castilla y León del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos por permitir la difusión de este artículo.