La impresión 3D en el campo de la medicina

La impresión 3D en los últimos años ha supuesto una revolución tecnológica desde su origen en la producción de prototipos de plástico. Las tecnologías de impresión 3D están basadas en la fabricación por adición , donde un objeto es creado en tres dimensiones mediante la superposición de capas sucesivas de material.

La forma tradicional de fabricación de un producto sería de forma sustractiva, es decir, se toma la pieza del material deseado y se remueve la parte que se necesite hasta que se obtiene la pieza fabricada, como si se tratara de una escultura en un bloque de mármol. La “fabricación aditiva” o “impresión 3D” a diferencia, a través de un software diseñado para ello, imprime o más bien crea el producto a través del apilamiento de microcapas del material que se trate.

La tecnología aditiva parece ser una alternativa viable para la fabricación clásica, ya que simplifica el proceso por lo que se reduce el tiempo de fabricación y elimina el coste de otras herramientas. Por otro lado la facilidad para realizar prototipos a través del software específico, sin ningún tipo de acondicionamiento industrial y el producto deseado se obtiene inmediatamente, se reducen los costes logísticos.

La fabricación aditiva está presente, cada vez más, en campos como el diseño industrial, automoción, medicina, arquitectura, ingeniería, educación, moda, alimentación y el sector aeroespacial. Con todo esto, la medicina es uno de los ámbitos más beneficiados por la innovación en impresión 3D, se han conseguido avances y grandes resultados tanto en prótesis como en trasplantes.

Prótesis

La primera persona con una pierna de prótesis impresa en 3D se dio en el año 2008. Este tipo de avances permitieron que los fabricantes de prótesis realizaran desarrollos a medida en el sector de las prótesis.

El primer implante de prótesis de mandíbula impresa en 3D se dio en 2012. Doctores e ingenieros holandeses trabajan con una impresora 3D especialmente diseñada por la empresa LayerWise , la cual permite imprimir prótesis de mandíbulas personalizadas.

Este grupo pudo implantar una mandíbula a una mujer de 83 años de edad que sufría una infección de hueso crónica. Esta tecnología se está estudiando más profundamente con el objetivo de poder promover el crecimiento de nuevo tejido óseo.

Por otra parte, un grupo de médicos de la Universidad de Pekín, sustituyó por primera vez una vértebra impresa en 3D en el mismo año. Se la implantaron con éxito a un niño de 12 años en una operación de 5 horas, después de retirarle la suya que contenía un tumor maligno. Esta vértebra está creada con titanio y tiene unos pequeños poros de forma que el hueso pueda crecer dentro y no obstaculice el crecimiento, de manera que no son necesarios tornillos u otras conexiones.

Enfermedades y lesiones musculoesqueléticas

Una de las aplicaciones de la impresión 3D es para enfermedades como la escoliosis en la que la columna vertebral sufre una curvatura en forma de S o de C . Cuando esta curvatura es mayor de un número determinado de grados es necesario el uso de un corsé.

Estos acostumbran a ser muy aparatosos, incómodos y antiestéticos. Parece que se ha encontrado la solución, llamada Bespoke . Mediante un escaneo del cuerpo del paciente se obtienen las medidas exactas y se imprime este corsé, pudiendo tener distintos estilos y ser personalizable. Además es transpirable, por lo que aumentará también la comodidad y durabilidad.

Otra de las aplicaciones podría ser la inmovilización de un miembro del cuerpo debido a una lesión o fractura . Normalmente se usa una escayola hecha con yeso por los médicos que tarda unas 20 horas en secarse y que se mantiene totalmente rígida, pudiendo causar rozaduras. Para sustituir este sistema se usa una impresora 3D para crear una pieza de inmovilización personalizada para cada paciente.

Para ello, se usa un escáner 3D para obtener la medida exacta del miembro y, junto con una radiografía para visualizar la rotura y su posición, se envía a una impresora que crea una pieza de inmovilización.

Un ejemplo práctico es el de Exovite , el proyecto que nació para intentar solucionar la brecha existente en el mercado entre la asistencia sanitaria y la tecnología. Su objetivo era acercar las innovaciones tecnológicas a la sanidad para mejorar los servicios que se ofrecen a los pacientes. Esta proximidad mejora tanto el éxito en procedimientos como el confort durante el proceso de curación.

Gracias a las férulas impresas en 3D están resolviendo los problemas tradicionales de las escayolas en cuanto a comodidad, falta de higiene y el proceso de curación tardía. Además reducen los elevados costes que supone tanto para médicos como compañías aseguradoras en visitas innecesarias y recursos de personal para rehabilitación y fisioterapia. Esta solución puede ser utilizada para cualquier lesión tanto muscular como esquelética.

Un caso clínico en donde se utilizó este sistema fue en el Hospital MAZ, en el que se colocó a un paciente la primera férula impresa en 3D por Exovite. Fue un proyecto colaborativo de investigación y desarrollo, en el que MAZ aportó su equipo de trauma y rehabilitación, y  Exovite la innovación y equipo de ingeniería especializado. El objetivo era aparte de permitir una inmovilización más cómoda para el paciente, disminuir el tiempo de rehabilitación a través de nuestro sistema de electroestimulación.

El sistema evita la atrofia muscular y mejora la calidad de vida del paciente, por su ligereza y transpiración. Para más información, consulta este vídeo:

Otro ejemplo caso de inmovilización con impresión 3D, fue el de un futbolista con rotura de peroné sin desplazamiento en la Clínica de Activa Mutua en Tarragona. La buena noticia para él fue que no había necesidad de intervención, la mala, que la recuperación sería de entre tres y cuatro meses.

Por tanto se le colocó una férula a medida en la pierna una vez soldado el hueso para su inmovilización y por otro lado, un sistema de rehabilitación mediante electroestimulación que permite una recuperación de hasta un 30% más rápida que el sistema tradicional.

Órganos y trasplantes

La combinación de la biología, los biomateriales y la impresión 3D han creado el concepto de la “bioimpresión” . Para crear órganos se usan células vivas como material para imprimir. A partir de éstas es posible generar un órgano para implantarlo a una persona. Es uno de los avances más esperados debido a las listas de espera para recibir un trasplante, en la que a diario muere gente por no recibirlo a tiempo.

El primer órgano criado en laboratorio que se implementó en humanos fue en 1999, un aumento de la vejiga urinaria utilizando recubrimiento sintético con sus propias células. Esta tecnología del I nstituto de Wake Forest de Medicina Regenerativa , permitió desarrollar otras estrategias para los órganos de la ingeniería, que pasaban por la impresión de los mismos. Debido a que están fabricadas con células propias del paciente, el riesgo de rechazo es nulo.

Existen varios grupos estudiando la creación de distintos órganos, siendo el corazón el gran objetivo. En 2002 científicos diseñaron un riñón en miniatura completamente funcional y con la capacidad de filtrar sangre y producir orina diluida en un animal. El desarrollo llevó a la investigación en el Instituto de Wake Forest de Medicina Regenerativa el objetivo de imprimir los órganos y tejidos con tecnología de impresión 3D.

De la misma forma, hay un grupo de ingenieros de la Universidad de Connecticut que ha creado riñones artificiales. Su objetivo es que estos órganos sean trasplantados a seres humanos y tengan las mismas funcionalidades que un riñón natural.

Por otro lado, Organovo que es una empresa estadounidense reconocida por sus desarrollos en bioimpresión, anunció un proyecto para comenzar con la creación de tejido hepático humano que podrá ser trasplantado a los pacientes, lo cual sería la primera alternativa real a un trasplante de hígado.

Vasos sanguíneos

El grupo de científicos del Dr. Gabor Forgacs, co-fundador de Organovo , imprimió en 2009 por primera vez vasos sanguíneos y pequeños tejidos cardíacos mediante bioimpresión 3D.

Siguiendo esta línea, investigadores de la Universidad de Friburgo quieren lograr extraer de la impresora 3D huesos con sus propios vasos sanguíneos. Con este método, los implantes se podrían ensamblar mejor con los tejidos naturales que se encuentran a su alrededor. Sólo sería necesario unir los vasos sanguíneos del propio paciente con los de la impresión en el espacio existente entre el implante y los tejidos adyacentes. El implante quedaría irrigado con sangre relativamente rápido, a diferencia de otros métodos en los que el proceso podría durar hasta dos semanas.

El éxito de la impresión 3D en la medicina es debido al alto grado de personalización que exige este campo, se necesita una gran precisión para la fabricación de prótesis y trasplantes médicos que este tipo de tecnología puede proporcionar. Esta tecnología también está ayudando a la implantación y reconstrucción de huesos y otras partes del cuerpo humano. Aunque sin duda la aplicación más sorprendente y revolucionaria es la impresión 3D de órganos artificiales a través del uso de células vivas como material. Si pensamos en las largas listas de espera para trasplantes a pacientes, esta innovación permitirá salvar muchas vidas en el futuro.

Una realidad aplicada

El avance de las tecnologías en impresoras 3D aplicado a la medicina proporciona grandes beneficios con algún tipo de deficiencia. Gracias a la elaboración de prótesis o implantación de tejidos y órganos ya no se tiene necesidad de esperar a un donante y no se pierde el tiempo vital del paciente. Cada vez se están desarrollando nuevos estudios con resultados de éxito para implementar nuevas técnicas que mejoren la calidad de vida en el ámbito sanitario.

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