Artículo de revisión

Jaulas de titanio poroso impresas en 3D en fusión intersombócrata lumbar

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DOI:

10.3791/70575

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30 de abril de 2026

 , 
1Department of Spinal Surgery, Zibo First Hospital

En este artículo

Resumen

Esta revisión sintetiza la evidencia actual sobre jaulas de titanio poroso impresas en 3D en fusión intersomática lumbar, integrando principios de diseño de materiales, rendimiento biomecánico y resultados clínicos. Dada la creciente adopción clínica y la heterogénea de los reportes, una evaluación crítica de los datos existentes es oportuna y clínicamente relevante.

Resumen

La enfermedad degenerativa lumbar es una de las indicaciones más comunes para la cirugía espinal, y la fusión intersomática lumbar (LIF) sigue siendo una técnica central en su manejo. El rendimiento de una jaula de fusión intersoportable depende en gran medida de la composición de materiales y el diseño estructural, que influyen en la estabilidad segmentaria y en la calidad de la fusión ósea. Esta revisión resume las características del material, la lógica biomecánica, el comportamiento biológico y las aplicaciones clínicas de jaulas intersombósicas de titanio poroso impreso tridimensional (3D-pTi). Los avances en la fabricación aditiva permiten un control preciso del tamaño de los poros, la porosidad y la arquitectura de la red, lo que permite ajustar el módulo elástico de las jaulas 3D-pTi para que se aproxime más al del hueso canceloso. Estas optimizaciones pueden mejorar la transferencia de carga, reducir el blindaje de esfuerzos y promover un entorno favorable para la osseointegración. La estructura porosa interconectada y la superficie rugosa apoyan la adhesión de los osteoblastos, el crecimiento óseo y la vascularización temprana. Los estudios preclínicos demuestran de forma consistente que las jaulas 3D-pTi proporcionan un mayor contacto hueso-implante y una fracción de volumen óseo más altos en comparación con los implantes sólidos de titanio y polietercetonea (PEEK). Los primeros hallazgos clínicos en la fusión intersomática transforaminal lumbar (TLIF), la fusión intersomática lumbar lateral (LLIF) y la fusión intersomática lumbar anterior (ALIF) sugieren que las jaulas 3D-pTi pueden lograr altas tasas de fusión radiográfica, mantener la altura intervertebral y mostrar un perfil de seguridad aceptable a corto plazo. Sin embargo, los estudios existentes están limitados por tamaños de muestra pequeños, heterogeneidad metodológica y duraciones relativamente cortas de seguimiento. En general, las jaulas 3D-pTi representan una opción prometedora biomecánicamente compatible y osteoconductora para la LIF en condiciones degenerativas. No obstante, sus beneficios clínicos a largo plazo, su rentabilidad y sus indicaciones óptimas requieren una investigación más profunda en estudios rigurosamente diseñados.

Introducción

Con el envejecimiento de la población y los cambios en el estilo de vida, enfermedades degenerativas lumbares como la enfermedad degenerativa del disco, la estenosis espinal lumbar y la espondilolistesis degenerativa se han convertido en algunas de las condiciones más comunes que se encuentran en la práctica de cirugíaespinal 1,2,3. Para pacientes con inestabilidad segmentaria radigráficamente evidente, compresión neural significativa o fallo en el manejo conservador, la fusión intersomática lumbar (LIF) es una opción quirúrgica importante para restaurar la estabilidad de la columna, corregir deformidades y aliviar la compresiónneural 4. Las técnicas de LIF más utilizadas incluyen la fusión intersomática transforaminal lumbar (TLIF), la fusión intersomática lumbar posterior (PLIF), la fusión intersomática lumbar anterior (ALIF) y la fusión intersomática lumbar lateral (LLIF)5,6,7,8. Sea cual sea el enfoque, lograr una fusión intersomática fiable y duradera sigue siendo un factor clave para los resultados clínicos.

En los procedimientos de fusión lumbar, el material, tamaño, diseño estructural y ángulo de colocación de la jaula intersoportable influyen en la estabilidad segmentaria, la distribución de esfuerzos en la placa terminal y, en última instancia, la calidad de la fusión 9,10,11,12,13. La práctica clínica temprana se basaba en gran medida en el injerto óseo óseo autólogo ilíaco o aloinjerto para soporte intercorporal; sin embargo, estos enfoques se asocian a morbilidad en el sitio donante, mayores tasas de complicaciones, resistencia estructural limitada y un riesgo considerable de colapso del injerto. La posterior adopción de jaulas de titanio macizo proporcionó alta resistencia mecánica y estabilidad estructural, ayudando a mantener la altura del disco durante los procedimientosde fusión 14. Sin embargo, el módulo elástico del titanio sólido supera ampliamente al del hueso scópulo, que se ha asociado con el blindaje por tensión y puede contribuir a la subsidencia de la placa terminal bajo ciertascondiciones 15. Las jaulas de polietercetona (PEEK), con un módulo elástico más cercano al del hueso cortical y radiolucidez en la imagen, han ganado un uso generalizado. Sin embargo, el PEEK se considera generalmente biológicamente inerte y presenta una capacidad intrínseca limitada para promover la diferenciación osteogénica de células madre mesenquimales humanas. En contraste, se ha demostrado que las aleaciones de titanio mejoran la adhesión celular, la actividad de fosfatasas alcalinas y la deposición de calcio in vitro16. Para abordar estas limitaciones, se han introducido implantes más recientes como jaulas PEEK recubiertas de titanio, jaulas expandibles y implantes PEEK fabricados o porosos de forma aditiva, con el objetivo de mejorar la unión hueso-implante mientras se mantienen características mecánicas favorables. La evidencia comparativa entre las jaulas convencionales de PEEK, PEEK fabricadas aditivamente y de titanio impresa en 3D sigue evolucionando, y no se ha establecido un material "ideal" universalmente aceptado para jaulas intersomatorias.

En los últimos años, jaulas de titanio poroso impreso en tres dimensiones (titanio poroso impreso en 3D, 3D-pTi) se han convertido en un foco principal de la investigación sobre fusión lumbar. Los estudios clínicos preliminares han reportado patrones de fusión radiográfica alentadores y resultados clínicos aceptables tanto en procedimientos de fusión intersomática lumbar anteriorcomo lateral 17,18,19,20. No obstante, su rendimiento comparativo en comparación con las jaulas PEEK convencionales y fabricadas aditivamente, especialmente en lo que respecta al riesgo de hundimiento, tasas de reoperación y resultados en diferentes técnicas quirúrgicas y subgrupos de pacientes, sigue siendo investigado activamente. Los estudios existentes suelen estar limitados por tamaños de muestra pequeños, heterogeneidad metodológica y duraciones de seguimiento relativamente cortas. Aunque varias revisiones sistemáticas y metaanálisis recientes han resumido los resultados clínicos asociados a jaulas de titanio impresas en 3D, la mayoría se ha centrado principalmente en los criterios radiológicos o clínicos comparativos, tratando estos implantes principalmente como materiales alternativos para jaulas en lugar de productos de la evolución tecnológica impulsada por el diseño. Cada vez hay más evidencia que sugiere que el rendimiento clínico de las jaulas 3D-pTi puede estar influido por factores como la arquitectura de la red, la adaptación de módulos elásticos, los mecanismos biológicos de osseointegración y la optimización estructural específica del paciente, elementos que permanecen insuficientemente integrados en síntesis de evidencia previas.

Por ello, se necesita una comprensión más completa de las características mecánicas y biológicas de las jaulas 3D-pTi, así como de su interacción con técnicas quirúrgicas y estrategias de aumento biológico, para informar mejor la toma de decisiones clínicas en enfermedades degenerativas lumbares. Sobre esta base, la presente revisión narrativa proporciona una síntesis integrada del conocimiento actual, abarcando el desarrollo de materiales, mecanismos biomecánicos y biológicos, evidencia clínica y perspectivas traslacionales emergentes, incluyendo el diseño de implantes específico para cada paciente y estrategias de optimización basada en datos. Al unir los avances de ingeniería con consideraciones clínicas, esta revisión pretende proporcionar un marco equilibrado y clínicamente relevante que vaya más allá de las revisiones centradas en resultados publicadas previamente.

Revisión y perspectiva

Estrategia de búsqueda bibliográfica
Esta revisión narrativa se realizó mediante una búsqueda estructurada de la literatura para asegurar una cobertura exhaustiva de la evidencia relevante. Se buscaron en bases de datos electrónicas, incluyendo PubMed, Web of Science, Embase y Scopus, estudios publicados entre enero de 2010 y diciembre de 2025. La estrategia de búsqueda incluía combinaciones de las siguientes palabras clave: "jaula de titanio impresa en 3D", "titanio poroso", "fusión intersomática lumbar", "fusión espinal", "fabricación aditiva" y "osseointegración". Se consideraron estudios clínicos originales, investigaciones biomecánicas, experimentos con animales y artículos de revisión relevantes centrados en la fusión intersomática lumbar utilizando implantes porosos de titanio impresos en 3D. Se excluyeron los estudios no relacionados con aplicaciones espinales, publicaciones no inglesas, resúmenes de congresos sin datos completos e informes duplicados. Los artículos se seleccionaron en función de su relevancia para las características biomecánicas, el rendimiento biológico, los resultados clínicos y las perspectivas traslacionales de jaulas porosas de titanio impresas en 3D.

Diseño y características de las jaulas 3D-pTi

Concepto de diseño y procesos de fabricación
La flexibilidad estructural de las jaulas 3D-pTi es posible gracias a las tecnologías de fabricación aditiva (AM) en lugar de ser inherente al titanio en sí. El AM también se ha aplicado a otros biomateriales, incluyendo PEEK y aleaciones de cobalto-cromo, permitiendo la personalización geométrica en la fase de diseño. Utilizando técnicas como la fusión selectiva por láser (SLM) o la fusión por haz de electrones (EBM), tanto la geometría macroscópica de la jaula como la arquitectura de red microscópica pueden predefinirse durante el diseño asistidopor ordenador 21,22. Ajustando los parámetros de impresión y aplicando algoritmos de diseño topológico, la resistencia estructural y el módulo elástico pueden modularse mientras se preservan los canales para el crecimiento óseo23,24. Aunque la SLM y la EBM difieren en las características de procesamiento, la evidencia actual no favorece claramente una técnica sobre la otra para aplicaciones intersomáticas espinales. Los principios fundamentales de diseño que subyacen a las jaulas intersombóricas porosas de titanio impresas en 3D se ilustran en la Figura 1.

Características biomecánicas
Desde una perspectiva biomecánica, uno de los principales objetivos de diseño de las jaulas 3D-pTi es aproximar el módulo elástico global al del hueso cancelloso humano, con el objetivo de mitigar la concentración de tensión en la interfazhueso-implante 23,25. Aumentando la porosidad y optimizando la orientación y la morfología de la sección transversal de los puntales de soporte, el módulo elástico efectivo puede reducirse sustancialmente manteniendo una resistencia a la compresión y un rendimiento a la fatiga adecuados, resultando en una distribución de carga más homogénea a lo largo de la placa finalvertebral 26. Los análisis por elementos finitos y los estudios experimentales in vitro han demostrado que las estructuras porosas de titanio bien diseñadas son más eficaces que el titanio sólido u otras jaulas metálicas de alta rigidez para atenuar concentraciones locales de tensión y reducir el riesgo de colapso de la placaterminal. Además, la red porosa interna proporciona espacio para el crecimiento óseo y la formación de una construcción biológica interna de fijación "compuesto hueso-metal". A medida que el hueso recién formado va llenando gradualmente los poros, se espera que el reparto de carga dentro del sistema jaula–placa final pase de ser predominantemente dependiente del implante a una construcción combinada de "implante + hueso nuevo", lo que podría mejorar la estabilidad mecánica a largoplazo 28,29.

Características biológicas y osseointegración
Biológicamente, la rugosidad superficial y la microarquitectura del titanio poroso pueden promover la adhesión, migración y diferenciación osteogénica de osteoblastos y células madre mesenquimales derivadas de la médulaósea 30,31,32. La red porosa proporciona un andamiaje tridimensional que puede guiar a las células para migrar y proliferar a lo largo de las superficies de los puntales, facilitando la deposición y mineralización de la matriz extracelular y potencialmente conduciendo a un hueso trabecular continuo que atraviesa el interior y el exterior de lajaula 33. Los estudios celulares in vitro y modelos animales seleccionados han reportado un mayor contacto hueso-implante y una fracción volumétrica ósea en la interfaz para implantes porosos de titanio en comparación con controles de superficie lisa, lo que sugiere una osseointegración mejorada bajo condicionesexperimentales 34,35. Al mismo tiempo, los poros interconectados permiten que las células endoteliales se infiltren en el interior del implante, promoviendo la formación de redes microvasculares y apoyando así la nutrición y el metabolismo del hueso reciénformado 36,37. Algunos estudios también han informado de una regulación al alza de las citocinas que favorecen la osteogénesis en superficies porosas de titanio, lo que apoya aún más su capacidad para mejorar la integraciónósea 38,39.

Aplicaciones actuales en la fusión intersomática lumbar
Con los avances en técnicas de fabricación y conceptos de diseño, las jaulas intersomérgicas 3D-pTi se han adoptado cada vez más en los procedimientos TLIF, LLIF, ALIF y otros procedimientos de fusiónlumbar 19,40,41. Sin embargo, la evidencia clínica disponible actualmente se deriva en gran medida de estudios monocéntricos con tamaños de muestra relativamente pequeños y duraciones cortas de seguimiento. Además, existe una considerable heterogeneidad en los materiales comparativos y las técnicas quirúrgicas, y los hallazgos sobre tasas de hundimiento, tasas de reoperación y mejoras en la alineación segmentaria del sagital siguen siendo inconsistentes entre estudios.

Evidencia biomecánica y biológica de la 3D-pTi

Simulaciones biomecánicas y ensayos mecánicos in vitro
Los análisis por elementos finitos y las pruebas mecánicas in vitro sugieren que las jaulas 3D-pTi, mediante la adaptación de la porosidad y la arquitectura de la red, pueden reducir el módulo elástico efectivo a un rango más cercano al del hueso cortical o canceloso, manteniendo así suficiente resistencia mecánica, aliviando así potencialmente el blindaje de estrés 42,43. Zhang et al. analizaron jaulas lumbares porosas fabricadas aditivamente e informaron de que, en comparación con los diseños sólidos convencionales, las configuraciones porosas reducían tanto la tensión en la placa terminal como la tensión en la jaula, mejorando la distribución de la carga44. Zou et al. demostraron además que reducir la rigidez de la jaula disminuyó significativamente el esfuerzo máximo en la placa final bajo diversas condiciones de carga, lo que puede traducirse en un menor riesgo de hundimiento45.

Un análisis reciente de elementos finitos (FEA) comparando jaulas porosas de titanio que incorporan una red de Voronoi biomimética con estructuras tradicionales de jaulas encontró que el diseño de Voronoi podría proporcionar una reducción adicional de aproximadamente un 50% en el rango de movimiento segmentario y del 40%–60% en las tensiones de jaula/placas finales, lo que sugiere que una arquitectura de red tridimensional adecuada podría lograr un equilibrio más favorable entre "estabilidad" y "reducción de tensiones"46. Desde el punto de vista del material, el módulo elástico efectivo de la aleación porosa Ti-6Al-4V impresa en 3D (Ti6Al4V) se acerca al del hueso cortical y se ajusta mejor a las características fisiológicas de carga de la columna vertebral anterior que el titanio47 a granel. Dada la considerable variabilidad en la topología de la red y el diseño de porosidad entre jaulas impresas en 3D, los hallazgos biomecánicos cuantitativos deben interpretarse dentro de contextos estructurales específicos. En consecuencia, los parámetros biomecánicos cuantitativos representativos reportados en la literatura se resumen en la Tabla 1 para facilitar la comparación de características estructurales del diseño y rendimiento mecánico entre diferentes jaulas porosas de titanio impresasen 3D 26,48,49,50,51,52,53,54.

Modelos de fusión lumbar en animales grandes
En un modelo maduro de fusión lumbar ovina, McGilvray et al. compararon tres tipos de jaulas—PEEK, titanio pulverizado con plasma y 3D-pTi—implantadas en L2–3 y L4–5 mediante un abordaje anterior, con seguimiento entre las 8 y 16 semanas. Los segmentos del grupo 3D-pTi mostraron un rango de movimiento significativamente reducido, y tanto la fracción de volumen óseo como el contacto hueso–implante fueron notablemente mayores que en el grupo PEEK. Se observó un extenso crecimiento óseo nuevo y vascular dentro de la estructura porosa, mientras que las jaulas PEEK estaban predominantemente rodeadas por tejidofibroso 49. Sin embargo, las diferencias en las características de la superficie del implante y la ausencia de condiciones idénticas del injerto entre grupos deben considerarse al interpretar estos hallazgos. En un modelo ovino similar, Laratta et al. compararon directamente "3D-pTi sin injerto óseo" con "PEEK combinado con autoinjerto de cresta ilíaca", y encontraron que 3D-pTi logró una fracción de volumen óseo superior y unión ósea a las 4 y 8 semanas55. Dada la asimetría en la suplementación del injerto y en los puntos de evaluación temprana, la atribución directa de estos resultados únicamente a la estructura de la jaula merece precaución.

Utilizando un modelo de fusión lumbar lateral, Walsh et al. informaron además que las jaulas de titanio impresas en 3D proporcionaban rigidez segmentaria estable y fusión radiográfica fiable sin comprometer la seguridad, apoyando su aplicación en procedimientos como el LLIF56. Cabe destacar que las diferencias en el enfoque quirúrgico, las condiciones de carga y las definiciones de puntos finales entre estudios limitan la estricta comparación entre modelos. Estudios anteriores caninos y ovinos sobre titanio bioactivo poroso también demostraron que tamaños de poros de aproximadamente 300–600 μm con buena interconexión pueden inducir un crecimiento óseorobusto 57. Estos hallazgos sugieren que la arquitectura de los poros y las propiedades superficiales, más que la fabricación aditiva en sí, pueden ser determinantes principales de la integración biológica. En conjunto, aunque los modelos animales grandes apoyan el potencial de los constructos porosos de titanio para mejorar la interacción hueso-implante bajo condiciones experimentales, la variabilidad en las especies animales, la técnica quirúrgica, el uso de injertos y los métodos de evaluación de resultados limita la extrapolación directa al rendimiento clínico de la fusión.

Evidencia celular y molecular
Los estudios in vitro a nivel celular y molecular han ayudado a esclarecer la base biológica subyacente a la osseointegración favorable de 3D-pTi. El Ti6Al4V poroso impreso en 3D presenta una superficie rugosa y una red de poros tridimensionalesinterconectada 58. En comparación con el titanio liso o PEEK, se ha demostrado que este material favorece la adhesión, la dispersión y proliferación de osteoblastos y células madre mesenquimales, y que regula al alza marcadores osteogénicos como la fosfatasa alcalina y la osteopontina, promoviendo así la deposición decalcio 59. Los experimentos in vitro demuestran además que, en andamios 3D-pTi con diseños de red que imitan hueso trabecular, las células tienden a alinearse a lo largo de los puntales de la red, con fibras de tensión prominentes y bandas de mineralización, y el nivel de diferenciación osteogénica es comparable o incluso mejor que el observado en controlesPEEK 60,61. Los estudios en animales también muestran que el titanio poroso puede lograr una fracción de volumen óseo elevada y un contacto directo extenso entre hueso yjaula. En conjunto, estos hallazgos sugieren que el titanio poroso puede potenciar la integración ósea mediante una combinación de una mayor compatibilidad mecánica y un microambiente favorable para la formación ósea, lo que podría reducir la encapsulación fibrosa y promover una integración ósea estable.

Heterogeneidad de diseño de jaulas de titanio poroso impreso en 3D
A pesar de que a menudo se discute como una sola categoría de implante, las jaulas de titanio poroso impresas en 3D demuestran una heterogeneidad sustancial en los parámetros estructurales del diseño. Existen variaciones en la distribución de porosidad, topología de la red, tamaño de los poros, estrategias de modificación superficial y técnicas de fabricación aditiva. Estas diferencias de diseño influyen directamente en el módulo elástico, el comportamiento de transferencia de carga, el potencial de crecimiento óseo y las interacciones entre implante y placa terminal. Por ejemplo, las estructuras de red uniforme buscan principalmente lograr la reducción global del módulo, mientras que las arquitecturas gradientes o biomiméticas pueden optimizar aún más la distribución de esfuerzos y la integración biológica. De manera similar, se ha demostrado que la micro- o nanotexturización superficial mejora la unión celular y la osseointegración independientemente de las características de porosidad a granel. Por lo tanto, los resultados biomecánicos y clínicos reportados en los estudios deben interpretarse en el contexto de parámetros específicos del diseño de jaulas, en lugar de atribuir de forma uniforme los beneficios observados a todos los implantes porosos de titanio impresos en 3D.

Rendimiento clínico y aplicación de jaulas 3D-pTi
En la Tabla 2 se resumen estudios clínicos representativos que evalúan la seguridad y eficacia de jaulas de titanio poroso impresas en 3D en diferentes técnicas de fusión lumbar. Para facilitar la interpretación contextual de los resultados de fusión radiográfica, también se informan los materiales de injerto utilizados en cada estudio, dada su posible influencia en la biología de lafusión 62,63,64,65,66.

Indicaciones y escenarios quirúrgicos
Las jaulas 3D-pTi se han aplicado en múltiples técnicas de fusión intersomática lumbar, aunque su aplicación clínica ha sido reportada con mayor frecuencia en varios escenarios específicos. En primer lugar, se utilizan comúnmente en procedimientos LLIF y ALIF que requieren un soporte robusto de la columna anterior y una gran superficie de contacto de la placa terminal. En segundo lugar, a menudo se seleccionan para cirugía de revisión en pacientes con fallo previo de fusión o mala calidad ósea, con el objetivo de potenciar el crecimiento óseo y aumentar la probabilidad de fusión exitosa. En tercer lugar, se han aplicado en enfermedades degenerativas multinivel, donde los cirujanos buscan reducir el riesgo de pérdida de altura intervertebral manteniendo un equilibrio entre la corrección de deformidades y la calidad de fusión.

Tasas de fusión y resultados radiográficos
Múltiples estudios comparativos y revisiones sistemáticas sugieren que las jaulas 3D-pTi pueden ofrecer ventajas sobre PEEK o jaulas convencionales de titanio sólido en cuanto a tasas de fusión lumbar y características de fusión radiográfica. Patel et al. realizaron una revisión sistemática de siete estudios comparativos que involucraron datos in vitro, animales y humanos, incluyendo 299 sujetos humanos. Seis de estos estudios favorecieron el 3D-pTi frente al PEEK en términos de calidad de unión hueso-implante y resultados relacionados con el hundimiento, sin un aumento claro en las tasas de revisión67. Esta tendencia también se ha observado en varias investigaciones clínicas prospectivas.

En un ensayo controlado aleatorizado a ciego simple, los investigadores compararon jaulas de titanio porosas micro-nanotexturadas impresas en 3D (3DPPT) con jaulas PEEK en TLIF de uno a dos niveles. El grupo 3DPPT demostró una mayor tasa de éxito temprano en la fusión a los seis meses, lo que sugiere una posible ventaja en acelerar tanto la tasa como la calidad de la fusión18,68.

Para los enfoques anterior y lateral, un estudio de cohorte retrospectiva monocéntrico informó que el uso de jaulas 3D-pTi en procedimientos ALIF/LLIF logró casi un 100% de fusión segmentaria en un seguimiento CT al año sin proteína morfogenética humana recombinante adyuvante (rhBMP-2)17. Otro estudio del LLIF encontró que las jaulas porosas de titanio impreso en 3D se asociaron con una mayor proporción de puentes óseos intersomáticos anteriores y una mayor restricción del movimiento facetario en comparación con las jaulas tradicionales roscadasde titanio 69. En un estudio comparativo prospectivo, Deng et al. informaron que las jaulas de titanio impresas en 3D demostraron mayor contacto entre la interfaz hueso y implante, mayor densidad ósea en el área de fusión y una graduación de subsidencia más favorable que PEEK, aunque las diferencias en las puntuaciones de dolor y los resultados funcionales no fueron estadísticamentesignificativas 68. Aunque varios estudios informan de resultados favorables en la fusión radiográfica, estos hallazgos deben interpretarse con cautela a la luz de las limitaciones del diseño del estudio, la variabilidad en el uso de injertos y las diferencias en los criterios de evaluación por imagen. En general, la base de evidencia actual sigue siendo heterogénea y se deriva predominantemente de cohortes relativamente pequeñas y no aleatorizadas.

Consideraciones metodológicas en la evaluación de la fusión
La comparación directa de los resultados de fusión entre estudios preclínicos y clínicos debe interpretarse con cautela debido a la considerable heterogeneidad metodológica. Las variaciones en los materiales del injerto, dimensiones de la jaula, técnicas quirúrgicas y criterios de estudio pueden influir significativamente en los resultados reportados y complicar la atribución de los resultados de fusión únicamente al diseño de lajaula 10,70. En particular, las estrategias de aumento biológicos, incluyendo el uso de autoinjertos, aloinjerto, matriz ósea desmineralizada (DBM) o proteínas morfogenéticas óseas (BMPs), pueden aumentar de forma independiente las tasas de fusión y, por tanto, representar un factor de confusión importante al evaluar el rendimiento delimplante 71.

Además, la evaluación radiográfica de la fusión sigue siendo técnicamente desafiante. Los artefactos metálicos asociados a los implantes de titanio pueden dificultar la visualización de la formación ósea dentro de la jaula, lo que podría llevar a la subestimación de la fusión. Por el contrario, los materiales mineralizados de injertos o los sustitutos óseos residuales pueden ser difíciles de distinguir del hueso recién formado en la imagen, lo que puede resultar en una sobreestimación de las tasas de fusión. Futuros estudios podrían beneficiarse de protocolos de imagen estandarizados y métodos complementarios de evaluación, como la evaluación histológica o biomecánica en modelos preclínicos, para mejorar la fiabilidad y la interpretabilidad de la evaluación por fusión.

Hundimiento y resultados de seguridad
El colapso de la placa terminal vertebral es una de las complicaciones clave que afectan al éxito a largo plazo de la fusiónlumbar 72. Para los enfoques laterales, una revisión sistemática y metaanálisis de LLIF de 2024, que incluyó tres estudios y 265 pacientes (441 segmentos en total), informó que las tasas globales de subsidencia fueron significativamente menores en el grupo 3D-pTi que en el grupo PEEK (razón de probabilidades [OR] ≈ 0,25), con una reducción notable en la subsidencia grave (OR ≈ 0,17)69. En las primeras series LLIF de un solo brazo que utilizaban jaulas 3D-pTi, las tasas de subsidencia segmentaria eran aproximadamente del 8%, y solo alrededor del 1,8% de los segmentos requirieron reoperación para un colapso severo, lo que parece más favorable que las tasas previamente reportadas para jaulas de titanio sólido oPEEK 73.

En el entorno TLIF, varios estudios de cohorte y bases de datos sugieren que las jaulas 3D-pTi pueden reducir el riesgo de reoperación relacionada con lapseudoartrosis 74. Levy et al. informaron de una tendencia hacia tasas más bajas de reoperación relacionada con la pseudartrosis en TLIF realizada con jaulas 3D-pTi en comparación con jaulas PEEK no porosas, aunque la diferencia absoluta fue pequeña y requiere confirmación con un seguimiento alargo plazo 41. Datos reales de una gran base de datos administrativa estadounidense que comparaba jaulas de titanio impresas en 3D con PEEK en fusión lumbar y lumbossacral mostraron que ambos grupos presentaron bajas tasas acumuladas de reoperación y revisión en 3 y 12 meses (aproximadamente 1%–2%), sin diferencias sustanciales entre grupos41.

Hasta la fecha, no hay pruebas convincentes de que las jaulas 3D-pTi estén asociadas con complicaciones graves específicas de materiales nuevos. Aunque los artefactos radiográficos siguen siendo una consideración, la estructura porosa puede mitigar parcialmente la oscurecimiento de imágenes en comparación con las jaulas metálicas sólidas tradicionales. Sin embargo, los datos de alta calidad a largo plazo sobre partículas de desgaste, liberación de iones metálicos y degeneración de segmentos adyacentes siguen siendo limitados y deberían ser un foco de futura investigación.

Implantes específicos de cada paciente y limitaciones de la evidencia actual
Además de las jaulas estándar "listas para usar", la fabricación aditiva ha permitido explorar implantes específicos para pacientes (PSI) en la fusión intersomática lumbar. En ensayos prospectivos multicéntricos que usaron jaulas de titanio impresas en 3D específicas para pacientes para LIF, el seguimiento mostró mejoras significativas en el dolor y en las puntuaciones del Índice de Discapacidad de Oswestry (ODI), junto con tasas de fusiónsatisfactorias de 18,75. Revisiones sistemáticas que comparan estos enfoques con técnicas convencionales de fusión han sugerido que las jaulas de titanio impresas en 3D específicas para cada paciente no son inferiores a los implantes estándar en términos de alivio de los síntomas y calidad de vida relacionada conla salud 76,77.

Sin embargo, la mayoría de los estudios disponibles han empleado diseños prospectivos de un solo brazo y carecen de comparaciones aleatorizadas directas con jaulas estándar 3D-pTi o PEEK, lo que dificulta aislar el beneficio incremental atribuible específicamente al diseño individualizado. En pacientes con patología lumbar predominantemente degenerativa, las jaulas 3D-pTi pueden proporcionar mejoras en las características de fusión radiográfica y reducir el riesgo de pérdida de altura intervertebral o revisión relacionada con la pseudartrosis, sin evidencia clara de complicaciones o costes incrementados. No obstante, cualquier posible ventaja en resultados clínicos a largo plazo y coste-efectividad sigue por confirmarse en ensayos controlados aleatorizados más grandes con seguimiento prolongado. Para aclarar la posición conceptual y la novedad de la presente revisión en relación con las síntesis de evidenciapublicadas recientemente 78,79,80,81, se resume una comparación de revisiones representativas en la Tabla 3.

Limitaciones y futuras líneas de investigación
Limitaciones en la calidad de la evidencia y generalizabilidad
A pesar de los hallazgos alentadores reportados en estudios preclínicos y clínicos iniciales, el nivel general de evidencia que respalda las jaulas intersomóctiles 3D-pTi sigue siendo limitado. La mayoría de los estudios clínicos son cohortes prospectivas monocéntricas, retrospectivas o de muestra pequeña, con periodos de seguimiento que suelen oscilar entre 6 y 24 meses; solo una minoría consiste en ensayos prospectivos o revisionessistemáticas 65. Además, existe una heterogeneidad sustancial entre los estudios respecto al enfoque quirúrgico (TLIF/LLIF/ALIF), número de niveles fusionados, presencia de espondilolistesis o deformidad, uso de autoinjertos o proteínas morfogenéticas óseas, y los parámetros estructurales específicos de las jaulas.

Los criterios finales también son inconsistentes: algunos estudios utilizan la gradación de fusión Brantigan–Steffee basada en TC o el puente óseo intersomático como resultados principales, mientras que otros enfatizan la gradación de subsidencia o las tasas de reoperación. Incluso los criterios de definición y nivelación para la "subsidencia" no son uniformes. En consecuencia, los datos disponibles actualmente son más adecuados para identificar tendencias a nivel de señal que para establecer inferencias causales robustas. Desde una perspectiva de imagen, los artefactos metálicos asociados a los implantes de titanio son bien reconocidos en radiología espinal y pueden interferir con la evaluación precisa de la formación ósea en la TC56. El endurecimiento del haz y los efectos de dispersión pueden oscurecer la interfaz hueso–implante, especialmente dentro de estructuras porosas. En modelos animales grandes, las construcciones porosas de titanio pueden parecer radiodensas en la imagen, dificultando distinguir el hueso recién formado de la red del implante. Por el contrario, el material residual del injerto o los sustitutos óseos mineralizados también pueden ser difíciles de diferenciar del verdadero puente óseo.

Estos factores relacionados con la imagen introducen incertidumbre en la evaluación radiográfica de la fusión y pueden llevar a una subestimación o sobreestimación del estado real de la fusión. En conjunto, estas consideraciones sugieren que las ventajas radiográficas reportadas de las jaulas 3D-pTi deben interpretarse con cautela a la luz de las limitaciones de imagen y la variabilidad en el diseño del estudio.

Falta de un diseño unificado de materiales y estructures "óptimo"
Desde el punto de vista de la ingeniería de materiales y estructural, la principal ventaja del 3D-pTi radica en la capacidad de lograr un módulo elástico "personalizable" y canales de crecimiento óseo ajustando la porosidad, el tamaño de los poros y la topología de la red. Sin embargo, actualmente no existe consenso sobre qué rango de porosidad (por ejemplo, 50%–80%), tamaño de poro (por ejemplo, 300–600 μm) o tipo de red (por ejemplo, Voronoi, celosía octeto) es más adecuado para el entorno de carga y la calidad ósea de las placas terminales lumbares. Es importante destacar que sigue siendo incierto si existe un único diseño de andamiaje "óptimo" o si múltiples configuraciones estructurales pueden lograr una estabilidad mecánica y una integración biológica adecuadas bajo diferentes condiciones clínicas. Pruebas mecánicas recientes sugieren que una jaula 3D-Ti optimizada con aproximadamente un 70% de porosidad y una forma exterior anatómicamente ajustada puede aumentar sustancialmente la resistencia a lasubsidencia 26. Sin embargo, tales hallazgos deben interpretarse como específicos de cada modelo y no como universalmente generalizables.

Al mismo tiempo, aunque una estructura más porosa aumenta el potencial de crecimiento óseo, también genera preocupaciones sobre la resistencia a la fatiga y la durabilidad a largo plazo. Una porosidad excesivamente alta puede comprometer la resistencia a la fatiga y aumentar el riesgo de formación de microgrietas y fallo estructural, mientras que una porosidad demasiado baja puede ser desfavorable para el crecimiento óseo y el reparto de carga. La mayoría de los estudios existentes se han realizado en modelos animales sanos o en pacientes con calidad ósea relativamente preservada. Existe una escasez de datos sistemáticos para determinar si los diseños 3D-Ti deben ajustarse de manera específica para pacientes mayores con osteoporosis, enfermedad metabólica ósea o uso prolongado de glucocorticoides. La investigación futura podría beneficiarse de centrarse en definir "rangos de diseño apropiados" para contextos biomecánicos y biológicos específicos en lugar de identificar una arquitectura de andamios universalmente óptima.

Retos económicos, regulatorios y de implementación
La fabricación aditiva de implantes espinales suele asociarse a mayores costes de producción y mayor complejidad técnica en comparación con los dispositivos convencionales estandarizados. Los implantes impresos en 3D específicos para cada paciente también introducen consideraciones adicionales relacionadas con las vías de aprobación regulatoria, los requisitos de control de calidad y las responsabilidades de vigilancia posterior a la comercialización. Actualmente, las evaluaciones económicas formales de la salud que evalúan específicamente la relación coste-efectividad o coste-utilidad de las jaulas 3D-pTi en la fusión lumbar siguen siendo limitadas. Los datos reales disponibles sugieren que los costes de hospitalización a corto plazo y la utilización de recursos perioperatorios son en general comparables a los de los implantes convencionales; Sin embargo, aún faltan análisis económicos sólidos a largo plazo. Además, las políticas de reembolso y las recomendaciones de directrices para implantes espinales impresos en 3D aún no se han estandarizado en todos los sistemas sanitarios. En conjunto, estos factores ponen de manifiesto la necesidad de una evaluación económica y marcos regulatorios más claros antes de que se pueda evaluar plenamente una adopción clínica más amplia.

Áreas prioritarias para la investigación futura y la traducción clínica
Aunque los estudios preclínicos y clínicos iniciales sugieren posibles ventajas de jaulas porosas de titanio impresas en 3D, la base de evidencia actual sigue siendo heterogénea y limitada en cuanto al seguimiento a largo plazo. Las investigaciones futuras se beneficiarían de una notificación más estandarizada de los parámetros de diseño estructural y las definiciones de resultados para mejorar la comparabilidad entre estudios. Además, serán necesarios datos clínicos a largo plazo y estudios comparativos adecuadamente diseñados para aclarar la durabilidad, el comportamiento de subsidencia y los resultados funcionales. Las tecnologías emergentes, incluidas estrategias específicas de diseño de implantes para pacientes y enfoques de modelado basado en datos, siguen siendo exploratorias y requieren una validación adicional antes de poder considerar una integración clínica rutinaria.

Conclusiones

Las jaulas intersombósicas porosas de titanio impresas en 3D representan un desarrollo tecnológico reciente en la cirugía de fusión lumbar y han sido investigadas en estudios preclínicos y clínicos tempranos. La evidencia disponible sugiere que su arquitectura de red puede facilitar la compatibilidad mecánica y la interacción hueso-implante bajo ciertas condiciones. Sin embargo, los datos comparativos actuales frente a los de titanio convencional, PEEK convencional y jaulas PEEK fabricadas aditivamente siguen siendo limitados y heterogéneos, lo que impide llegar a conclusiones definitivas sobre el rendimiento clínico relativo. La durabilidad a largo plazo, la rentabilidad y la evaluación estandarizada de los resultados requieren una investigación adicional. Actualmente, las jaulas 3D-pTi deberían considerarse una opción entre varias tecnologías disponibles de implantes intersomáticos, y su papel clínico preciso será aclarado por futuras investigaciones comparativas de alta calidad.

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Figura 1: Principios de diseño de jaulas intersombóreas de titanio poroso impresas en 3D. La porosidad controlada y la arquitectura de red permiten ajustar el módulo elástico hacia el hueso cancelloso, facilitando una mayor transferencia fisiológica de carga y potencialmente reduciendo el blindaje de tensiones. La red porosa interconectada puede favorecer el crecimiento óseo y la vascularización, contribuyendo a una mejora de la oseointegración y estabilidad a largo plazo del implante, al tiempo que potencialmente reduce el riesgo de hundimiento en la jaula. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

TítuloEstudioAñoTipo de estudioModeloHallazgos clave
Guyer et al. (48)2016Estudio biomecánico de animalesModelo porcinoAndamio poroso de titanio vs PEEK vs aloinjertoEl andamiaje poroso de titanio mostró una interfaz hueso-implante significativamente más fuerte y mejor osseointegración.
McGilvray et al. (49)2018Estudio comparativo con animalesModelo de fusión lumbar ovina (ovejas)Jaula de ESPIO; PEEK poroso recubierto de titanio pulverizado con plasma (PSP); Jaula de aleación de titanio poroso impresa en 3D (PTA)Las jaulas de aleación porosa de titanio impresas en 3D mostraron un crecimiento óseo significativamente mayor, menor rango de movimiento y mayor rigidez de construcción en comparación con las jaulas PEEK y PSP, lo que indica un potencial de osseointegración y fusión superior.
Carpenter et al. (50)2018Análisis por elementos finitosModelo computacional de FE basado en la geometría del implante micro-CTEstructuras porosas de implantes de titanio (Ti) impresas en 3D vs. porosasEl PEEK poroso aumentó significativamente el reparto de carga con el hueso encarnado en comparación con el titanio poroso (por ejemplo, transferencia de carga ~66% frente a ~13% a las 4 semanas de compresión) y generó mayores tensiones fisiológicas en el hueso adyacente, lo que sugiere un entorno mecánico más favorable para el mantenimiento óseo y la osseointegración.
Zhang et al. (51)2020Experimento con animales controladosModelo de fusión intersomática lumbar macaco rhesus (OLIF)jaula porosa impresa en 3D para Ti6Al4V; Jaulas llenas de simvastatina/poloxámero 407 hidrogel vs solo hidrogel vs jaula en blancoEl hidrogel cargado con simvastatina en jaulas porosas de titanio aumentó significativamente el crecimiento óseo, la actividad osteoblástica (PET/TC SUV), la fracción de volumen ósea y la reducción de la amplitud de movimiento, lo que indica una mejor fusión espinal y estabilidad mecánica.
Yee-Yanagishita et al. (52)2022Pruebas biomecánicas mecánicas in vitroModelo de bloque de espuma de poliuretano que simula placas terminales vertebralesJaula porosa de titanio (celosía corporal + placas terminales microporosas); jaula porosa PEEK; Jaula de titanio de celosíaLas jaulas porosas de titanio mostraron la mejor resistencia a la subsidencia, con mayor rigidez en bloques y menor desplazamiento dinámico por subsidencia, en comparación con las jaulas porosas PEEK y de titanio de celosía, lo que indica que el diseño de jaulas juega un papel más importante que el material en la prevención de hundimientos.
Fogel et al. (26)2022Estudio preclínico comparativo (pruebas mecánicas in vitro + estudio in vivo con animales)modelo de bloque de subsidencia de espuma de poliuretano (ASTM F2267) y modelo de fusión intersomática lumbar ovinaJaula porosa Ti-6Al-4V impresa en 3D con red corporal optimizada para esfuerzos y placas terminales microporosas (Módulo XLIF)El diseño de jaula porosa de titanio redujo la rigidez del implante, demostró alta resistencia a la subsidencia (rigidez bloqueada ≈1976,8 N/mm) y mostró crecimiento y fusión progresiva ósea en un modelo ovino con tasas de fusión del 87,5% a las 12 semanas y del 100% a las 26 semanas.
Xu et al. (53)2022Experimento in vitro + in vivo con animalesCultivo de osteoblastos MC3T3-E1 y modelo de defecto femoral en conejoAndamios porosos Ti6Al4V impresos en 3D con prisma hexagonal hueco frente a estructuras de poros tubulares triangulares huecosEl andamiaje poroso de titanio con prisma hexagonal mostró mayor adhesión celular, mayor actividad ALP y mejor integración ósea y formación ósea nueva en comparación con la estructura prismática triangular.
Johnson et al. (54)2023Estudio preclínico en animales con análisis biomecánicos, de microtomografía y histomorfometríaModelo de fusión intersombórica lumbar ovina (6 ovejas; L2–L3 y L4–L5)Jaulas de celosía porosas Ti6Al4V fabricadas aditivamente: estructura corporal vs diseño de celosía cuerpo + superficieAmbos diseños de jaula porosa de titanio impresa en 3D lograron resultados positivos en la fusión; Las jaulas de rejilla corporal mostraron un contacto hueso significativamente mayor que las jaulas de rejilla superficial, y el rendimiento general de fusión fue superior al de las jaulas PEEK previamente reportadas.

Tabla 1: Resumen de estudios biomecánicos y biológicos representativos en jaulas porosas de titanio impresas en 3D utilizadas en la fusión intersomática lumbar. Esta tabla resume estudios experimentales representativos que investigan el rendimiento biomecánico y biológico de jaulas intersombósicas porosas o de titanio impresas en 3D utilizadas en la investigación de fusión lumbar. Los estudios incluidos abarcan análisis por elementos finitos, pruebas mecánicas in vitro , experimentos celulares y modelos preclínicos de fusión animal. Los resultados reportados incluyen rigidez del implante, resistencia a la subsidencia, contacto hueso-implante, crecimiento óseo y estabilidad biomecánica relacionada con la fusión. En conjunto, estos estudios proporcionan evidencia mecanicista que respalda las posibles ventajas de las estructuras porosas de titanio en la optimización de la distribución de cargas, la reducción del blindaje por tensión y la promoción de la osteointegración. Por favor, haz clic aquí para descargar esta tabla.

EstudioAñoEnfoqueDiseño del estudioTamaño de la muestraSeguimientoResultado radiográficoComparador
Adl Amini D. et al (62)2021LLIFComparativa retrospectiva113 pacientes (186 niveles)6–12 mesesSubsidencia severa: 3,0% (Ti) frente a 18,5% (PEEK)Ti impreso en 3D vs PEEK
Corso KA.  et al (63)2022ALIF / PLIFCohorte descriptiva retrospectiva93 pacientes por grupo6 mesesRevisión: 0% (Ti) vs 0,5% (PEEK)Ti impreso en 3D vs PEEK
Alan N.  et al (64)2023LLIFCohorte retrospectiva con coincidencia de propensión97 vs 97 niveles12 mesesSubsidencia: 27% frente a 8%pTi vs PEEK
Segi N.  et al (65)2023XLIFEstudio comparativo retrospectivo32 pacientes3 mesesVEC: 8% frente a 45%Ti impreso en 3D vs PEEK
Donaldson C.  et al (66)2024ALIF / LLIFCohorte retrospectiva50 pacientes (66 niveles)12 mesesHundimiento 3,03%Ninguno (de un solo brazo)

Tabla 2: Estudios clínicos clave que evalúan la seguridad y eficacia de jaulas porosas de titanio impresas en 3D en fusión intersomal lumbar. Esta tabla resume estudios clínicos representativos que investigan los resultados radigráficos y clínicos asociados con jaulas intersomáticas porosas o de titanio impresas en 3D en procedimientos de fusión intersomática lumbar, incluyendo fusión intersomática lumbar lateral (LLIF), fusión intersomática lombar anterior (ALIF), fusión intersomática posterior lumbar (PLIF) y fusión intersomática lateral extrema (XLIF). La tabla informa sobre el diseño del estudio, el tamaño de la muestra, la duración del seguimiento y los principales resultados radiográficos como el hundimiento de la jaula, la formación de quistes en la placa terminal vertebral y las tasas de revisión. Se incluyen tanto estudios comparativos (jaulas de titanio poroso vs PEEK) como series clínicas de un solo brazo para ofrecer una visión general de la evidencia clínica actual sobre la estabilidad del implante y la seguridad a corto plazo. Por favor, haz clic aquí para descargar esta tabla.

NoAutorAñoTipo de reseñaEnfoque de la revisiónBiomecánicaResultados clínicosDiseño / fabricaciónMarco conceptual
1Duan Y (78)2024Revisión sistemática y metaanálisisComparación clínica entre jaulas Ti impresas en 3D y PEEKNoSíLimitadaNo
2Pairojboriboon S (79)2024Metaanálisis de redesResultados de fusión entre diferentes materiales de jaulaNoSíLimitadaNo
3Lee JJ (80)2025Revisión narrativaEvolución histórica de las jaulas de titanio y tecnología de impresión 3DLimitadaLimitadaSíNo
4Esta reseña/Revisión narrativa integradoraSíntesis mecanicista de principios de diseño, rendimiento biomecánico, osseointegración y resultados clínicos de jaulas de titanio poroso impreso en 3DSíSíSíSí

Tabla 3: Comparación de las revisiones recientes sobre jaulas intersomérgicas de titanio impresas en 3D y el alcance de la presente reseña. Esta tabla compara revisiones representativas recientes sobre jaulas intersomériles de titanio impreso en 3D con la presente revisión en cuanto a tipo de revisión, enfoque principal de investigación y cobertura temática. Los aspectos clave evaluados incluyen si las revisiones abordaron los mecanismos biomecánicos, los resultados clínicos, el diseño de implantes y los principios de fabricación aditiva, así como marcos conceptuales más amplios que integran perspectivas de ingeniería y clínicas. Esta comparación pone de relieve el alcance ampliado de la presente revisión, que integra evidencia biomecánica, biológica, de diseño y clínica para proporcionar una síntesis conceptual más completa. Por favor, haz clic aquí para descargar esta tabla.

Divulgaciones

Todos los autores declaran que no tienen conflictos de interés relacionados con el diseño, análisis o publicación de esta obra. No hay relaciones financieras, roles de asesoría, solicitudes de patente u otros intereses en competencia asociados a este manuscrito. Conceptualización: Peng Sun y Kai Su; Revisión bibliográfica: Kai Su; Guion—borrador original: Kai Su; Escritura—reseña y edición: Peng Sun; Supervisión: Peng Sun.

Agradecimientos

Los autores expresan su sincero agradecimiento a los colegas que brindaron apoyo en la recuperación de literatura, la organización de datos y las discusiones académicas. También agradecemos a nuestra institución por ofrecer un entorno de investigación y asistencia administrativa favorable, lo que permitió la finalización sin problemas de este trabajo. Se utilizó inteligencia artificial generativa para la edición y pulido del manuscrito. Los autores asumen toda la responsabilidad del contenido y la interpretación de la obra.

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