De las aplicaciones de la impresión 3D, probablemente, o casi seguro, son las relacionadas con la medicina las que más sorprenden. Sin embargo, aunque esta tecnología se está convirtiendo en un tema cotidiano, y especialistas de muchos campos vigilan su evolución todavía hay miles de personas que no la conocen.

A largo plazo, como indica el título del post, la impresión 3D podría tener un gran impacto en el campo de la medicina, donde la extrusión de células vivas, en lugar de materiales plásticos, por parte de impresoras 3D ha dado lugar a la bioimpresión.

Este pasado mes de agosto, se publicaba en  CGTrader.   una entrada que hablaba de cómo la tecnología 3D podría mejorar la salud, o incluso salvar nuestra vida, con 9 aplicaciones médicas de la impresión 3D.  La lista incluía avances a cada cual más sorprendente.

1. Audífonos

La revolución comenzó en este caso en  1998, y en la actualidad  el 98% de los audífonos existentes en la actualidad se han fabricado usando impresión 3D, con tremendos avances desde entonces, llegando una sola máquina actual a imprimir 30 aparatos en solamente hora y media. En la actualidad, se investiga en la fabricación de microbaterías de litio para la alimentación de estos y otros dispositivos.

2. Impresión 3D en el dentista.

La contribución de la impresión 3D a la industria dental ha cambiado las reglas del juego, según el científico Andrew Daewood, ya que antes de que esta tecnología se convirtiera en noticia, se llevaba usando ya 10 años, para hacer cosas que no podrían realizarse de otro modo.

La impresión 3D aumenta la calidad de las piezas y acelera la producción. Esta tecnología permite tanto obtener un alineador dental transparente impreso en 3D para el uso diario, como implantes, fundas dentales, puentes, y una gran variedad de aplicaciones dentales. No sólo eso, sino que el escaneado y modelado en 3D de los problemas dentales de los pacientes permitiría incluso el enviar los archivos CAD creados a otros especialistas, lo cual podría aplicarse a la obtención de segundas opiniones médicas, tal y como se ve en el siguiente vídeo de Stratasys.

3. Huesos impresos en 3D

En primavera de este mismo año, un paciente en EEUU se sometió a una cirugía radical, en la cual el 75% de su cráneo fue sustituido por un implante impreso en 3D realizado en un material no solo biocompatible, sino también semejante al hueso.  Por otro lado, una mujer de 83 años recibió el año pasado el primer implante de mandíbula de titanio fabricado con una impresora 3D.

La impresión 3D puede ser también la esperanza de muchos bebés que nacen con traqueobronquiomalacia, una anomalía congénita que se produce en uno de cada 2100 recién nacidos y que consiste en una debilidad de las paredes de la tráquea, produciendo colapsos durante la respiración o cuando tosen, y que frecuentemente se diagnostica erróneamente como asma. Recientemente, salió a la luz una esperanzadora noticia en un portal de medicina: el caso de un bebé que, a pesar de vivir con un ventilador mecánico, debía ser resucitado cada día debido a esta enfermedad. El Instituto de Biología Genómica (IGB por sus siglas en ingĺés) de la Universidad de Michigan desarrolló una férula impresa en 3D, que fue cosida alrededor del tubo de traqueotomía de la niña para expandir sus vías respiratorias y ofrecer un soporte al crecimiento del tejido. Este soporte está fabricado en un material que permitirá su completa absorción por el sistema respiratorio del bebé en dos o tres años.

4. Prótesis: desde una cara hasta un brazo impreso en 3D

Todos los días ocurren accidentes, y nadie está a salvo, puede sucederle a cualquiera. Y cuando algo así ocurre, no solo debemos pensar en el daño para la salud, sino también en la cantidad de dinero y tiempo necesario para la recuperación, cuando esta es posible. Muchas personas necesitan urgentemente distintos tipos de prótesis, pero por desgracia no todos ellos pueden costeárselas. Gracias a la impresión 3D, la ortopedia avanza hacia una mayor velocidad en los procesos productivos, y la disminución de los costes. Esto es especialmente importante cuando hablamos de ortopedia infantil, pues las piezas han de  ser sustituidas a medida que los niños crecen, pues se facilita el proceso de creación de estas piezas, a la misma vez que disminuye el esfuerzo económico para reemplazarlas cuando se necesitan.

3D Printing Medical Robohand

 

Y no solo los humanos podemos beneficiarnos de estas prótesis… ya que un pato ha conseguido andar y nadar  gracias a este avance, y un águila víctima de un disparo pudo recuperar su pico, aunque en este último caso, hubo problemas en el anclaje y se soltó. De esta forma, y aunque continúa  la necesidad de seguir investigando, se pone de manifiesto el potencial beneficio de esta tecnología para la fauna salvaje, y no tan salvaje.

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En este sentido, y aún sin tratarse de prótesis, ya hablamos en este blog de la sustitución de la escayola por férulas impresas en 3D.

 

5. La oreja biónica

Aunque parece el titulo de una película de ciencia ficción, es el resultado de unir el trabajo de varios investigadores de Princeton y el Hospital John Hopkins, y significa un paso adelante para las personas sordas.

Aunque ya hace meses que hablábamos de la posibilidad de imprimir usando como material células vivas, esto constituye un paso adelante. Se trata de una oreja totalmente artificial, consistente en dispositivos electrónicos, alojados en una estructura biónica: una estructura tridimensional a forma de esqueleto, con células cartilaginosas que, 10 semanas más tarde, dan lugar a una oreja completa. Incluso posee una antena extremadamente sensible a las microondas, por lo que esta oreja podría convertirse en un buscador de satélites permitiendo al oído  humano escuchar la radio y otras señales electromagnéticas.  Solo tendríamos que proveerla de los nutrientes necesarios para sus células (a través de la vascularización), y tras ese paso, podríamos crear también la piel y colocarla sobre una cabeza.

6. Imprimiendo células madre

Las células madre embrionarias son aquellas capaces de mantener su pluripotencial, es decir, de  generar posteriormente las características que las diferenciarán en cualquier otro tipo de célula (óseas, cerebrales, musculares…).

La impresión 3D ha permitido que un grupo de la Universidad  escocesa Heriot Watt produzca racimos de células madre. El  método usado es el de la impresión basada en válvulas, para manterner estas células en un alto nivel de viabilidad, y producir esferoides de un tamaño uniforme con una precisión adecuada, tal como han publicado en la revista especializada Biofabrication

 

Estos científicos se han interesado particularmente en las células hepáticas, debido a su importancia en el metabolismo de medicamentos y drogas en el organismo. Actualmente, la experimentación en el campo farmacéutico se realiza usando células, o directamente animales, por lo que la capacidad de imprimir y generar tejido tridimensional humano permitirá modelizar los test farmacéuticos, e incluso, eliminar la experimentación sobre animales.

Por otro lado, también podria ser el futuro de la “medicina personalizada”, aunque los costes de esto todavía son extremadamente altos, pero se espera que algún dia, uno pueda probar su medicamento de esta forma, antes de tomarlo. Y finalmente, abre la puerta a la “implantación” in situ de estas células, dentro del propio cuerpo, para evitar los rechazos asociados al transplante de órganos, lo cual podría ahorrar numerosos costes en el futuro. Pero hablamos de un futuro muy lejano, de momento, ya que para conseguir (generar un órgano completo) se necesita introducir delicadas estructuras vasculares dentro del órgano, para transportar los nutrientes y eliminar los desechos, para poder garantizar la supervivencia del mismo.

Por supuesto, a la hora de trabajar con células madre embrionarias, se ha de tener en cuenta el factor ético, y es que para  generarlas se han de destruir embriones; por otro lado, una vez tenemos las células madre, estas pueden ser replicadas en el laboratorio de forma indefinida, lo cual también genera cuestiones éticas.

Hay otras formas de aproximarse a esta biotecnología, por ejemplo las células llamadas iPS (induced Pluripotent Stem Cells), que pueden ser generadas sin destruir embriones humanos; se obtienen desde cualquier célula, como por ejemplo la piel, y se llevan a su estado embrionario, en el cual no se pueden distinguir de las células madre embrionarias. Pero esa tecnología no está tan madura y por ello se siguen usando las embrionarias, aunque por supuesto, se sigue investigando en ello para obtener resultados a largo plazo, que no impliquen la destrucción de embriones.

Otra aplicación de esta tecnología sería introducir, mediante técnicas poco invasivas, como la laparoscopia, un microextrusor dentro del órgano dañado, de forma que se pudiera regenerar directamente, incluso dentro del cuerpo.

7. Creando vasos sanguineos.

Investigadores de la Universidad de Pensilvania y el Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) han descubierto un modo de imprimir vasos sanguíneos, usando azúcar como “tinta” en una impresora RepRap. Los investigadores publicaron su descubrimiento en  Nature y resumieron los resultados en una  declaración.

Más que intentar imprimir un gran volumen de tejido y dejar canales en una aproximación capa a capa, los investigadores se centraron en la vascularización y diseñaron filamento 3D en un sistema vascular asentado en un molde, lo cual permite eliminar el molde y la plantilla una vez se desarrolla el tejido alrededor de los filamentos. La fórmula utilizada, una combinación de sacarosa y glucosa con dextrano y refuerzo estructural, se imprime con una RepRap, una impresora 3D de código abierto con un extrusor diseñado al efecto y un software de control. Un paso importante en la estabilización de las plantillas de azúcar es la aplicación de una fina película de polímero degradable derivado del maíz. Este recubrimiento permite a la plantilla de azucar ser disuelta y salir del gel a traves de los canales, sin inhibir la solidificación del mismo ni dañando a las células de alrededor. Una vez se elimina el azucar, los investigadores comienzan a dejar fluir un líquido a través de la estructura vascular y las células comienzan a recibir nutrientes y oxígeno de forma similar a lo que ocurre en la naturaleza

http://youtu.be/9VHFlwJQIkE

 8. Una nueva piel, gracias a la impresión 3D

Los injertos de piel llevan ya tiempo formando parte de los tratamientos médicos, siendo a la vez extremadamente dolorosos, ya que se cogen fragmentos de piel sana para cubrir una zona dañada del cuerpo.  Cuatro estudiantes de la Universidad de Leiden (Holanda) han desarrollado un proceso, combinando una impresora 3D y la tecnología que mencionabamos antes, de celulas madre inducidas (iPS) que permiten crear células madre a partir de células ya diferenciadas. Dado que las células madre inducidas se desarrollan a partir de las propias células del paciente, se reducirían las respuestas inmunes al nuevo tejido. La importancia de este descubrimiento radica sobre todo en el tratamiento de heridas de gran extensión, dada la dificultad de encontrar injertos de piel de ciertos tamaños.

9. Órganos impresos en 3D

Tal como se lee algo más arriba, la impresión de células de hígado es algo que ya se está llevando a cabo e investigando para la experimentación con fármacos. Aunque deciamos también que este objetivo sería planteable a largo plazo, ya van viéndose avances en esa dirección.

El cirujano Anthony Atala mostró en una charla TED de 2011, un experimento en el cual se imprimía un prototipo de riñón humano, capaz de producir una sustancia semejante a la orina. El Instituto Wake Forest trabaja de hecho especificamente en la medicina regenerativa, con diferentes tipos de tejidos: vejiga, cartílago, tráquea, corazón, etc.

En la línea de la impresión de un hígado p que mencionabamos, la compañia Organovo, situada en San Diego, ya intenta crear estos órganos en version miniatura, con un espesor de solo medio milimétro y 4 milímetros de anchura. Dado que la funcionalidad de las células hepáticas depende de su disposición, este experimento es importante para, en el futuro, crear estructuras de tamaños similares al hígado humano, incluidas las redes de vasos necesarias para nutrirlas