Ligamento de tela bioinspirado con rigidez ajustable para reproducir la cinemática 3D de la columna lumbar

Los ligamentos de la columna lumbar juegan un papel crítico en el mantenimiento de la estabilidad de las articulaciones vertebrales y la integridad estructural dentro de la biomecánica segmentaria. Sin embargo, la mayoría de los modelos y simuladores existentes de la columna lumbar ignoran la contribución de los ligamentos, lo que conduce a evaluaciones incompletas o potencialmente sobreestimadas del rendimiento de los implantes espinales. En este trabajo, presentamos ligamentos de tela bioinspirados (BFLs), diseñados para emular la estructura jerárquica y las propiedades materiales de los ligamentos naturales de la columna. Mediante la adaptación de la arquitectura de la tela, el número de hebras y el conteo de hilos, los BFLs reproducen con éxito el comportamiento no lineal fuerza-desplazamiento y las características de rigidez ajustable de los ligamentos naturales de la columna. Integrando los BFLs con vértebras bioinspiradas e impresas en tres dimensiones (3D) y discos intervertebrales (IVD), desarrollamos un sistema de columna lumbar bioinspirado (BLSS). Los resultados experimentales demuestran que el BLSS desarrollado no solo restringe el movimiento excesivo de modelos deficientes en ligamentos, sino que también replica una cinemática lumbar 3D fisiológicamente relevante. Este trabajo establece un paradigma versátil para el diseño mimético de ligamentos, ofreciendo una plataforma confiable para la evaluación de implantes intervertebrales y nuevas oportunidades para la optimización personalizada de implantes espinales.