7 avances en la medicina que la impresión 3D puede hacer YA

De todas las ramas profesionales, la medicina es el sector donde más suelen darse usos innovadores a las tecnologías de impresión 3D. De hecho, la impresión 3D médica se considera un área emergente que explora formas de sustituir o ayudar a las estructuras biológicas existentes.

A lo largo de la vida de este blog, los avances en la medicina proporcionados por la impresión 3D acaparan el mayor número de nuestras publicaciones.

No obstante, este aluvión de noticias ha provocado una cierta burbuja en las expectativas depositadas en la tecnología de fabricación aditiva, y la realidad es que aún no hemos llegado a ese momento en que podamos imprimir un ser humano biónico completo.

Por ello, queremos hacer un repaso a aquellos avances en la medicina que la impresión 3D sí que hace posibles ya, en este momento, y cuyas posibilidades ya se ofrecen para ser aplicadas e integradas en cualquier servicio médico que lo desee, ya sean hospitales, clínicas o institutos de investigación.

 

Equipamiento médico en áreas de difícil acceso

Cuando los equipos médicos, por ejemplo de Médicos Sin Fronteras, han de llegar a zonas alejadas de la civilización, uno de los problemas a los que se enfrentan es el transporte de su instrumental y equipación, y adaptar sus procedimientos para poder realizarlos a pesar de las limitaciones.

Además, deben enseñar a la población local a tratar lesiones recurrentes, y proporcionarles las herramientas para ello.

En todos estos casos, el problema viene determinado porque cualquier cirugía requiere de un gran número de herramientas diferentes para funcionar.

Las impresoras 3D son un recurso interesante, ya que permitirían evitar la necesidad de stocks: tanto si se necesita una herramienta específica o si hace falta fabricar varias copias de una pieza, se pueden imprimir en el mismo día.

No se trata de un trabajo fácil, pero tampoco es imposible. Y de hecho, es lo que una fundación, llamada precisamente “Not Impossible” quiere conseguir con acciones como el proyecto Daniel.

Daniel es un muchacho sudanés que perdió sus brazos en un bombardeo en las montañas Nuba. El cofundador de la fundación, Mick Ebeling, viajó hasta su aldea para conocerlo e imprimir un brazo para él, además de para enseñar a la población local cómo fabricarlo.

Así, la democratización de las impresoras 3D personales ha permitido ayudar de forma barata y efectiva a población aislada que aún no cuenta con recursos para acceder a los últimos avances en la medicina.

 

Material quirúrgico específico y personalizado

En cirugía, todas las operaciones deben ser preparadas y adaptadas al caso particular del paciente, por lo que en ocasiones, los cirujanos necesitan herramientas personalizadas.

Sin embargo, la fabricación de estas piezas cuesta tiempo y  es difícil  con medios tradicionales; estos dos problemas son importantes en el campo que nos ocupa, pues reducen la libertad de acción del cirujano durante la operación, al disminuir su capacidad de reacción y su disponibilidad para el paciente.

Gracias a la adquisición de habilidades en el modelado 3D, las  herramientas quirúrgicas pueden ser personalizadas en un archivo que luego podrá ser impreso.

Si el médico o el hospital dispusieran de su propia impresora 3D, o en su defecto, pudieran acceder a un servicio de impresión 3D, las herramientas podrían ser preparadas en un día, a la medida del cuerpo del paciente.

Esto es lo que ha hecho el doctor Marc Soubeyrand, del hospital parisino de Bicêtre: crear sus propias herramientas auxiliares en nylon (PA 12) utilizando impresoras 3D de SLS para proporcionar a los implantes la mejor posición durante la cirugía.

En el proceso, Soubeyrand primero compila los datos de imagen de diagnóstico, en este caso tomografía computerizada, para convertirlos en un archivo 3D adecuado, mediante un software llamado Osirix, y los importa a Cinema 4D para crear las herramientas que necesita para la operación.

Las piezas impresas se utilizan para orientar al cirujano y asegurar que los implantes se colocan en la posición adecuada.

Además, hay que destacar que el material es biocompatible y puede ser esterilizado si es necesario, a la vez de ser lo suficientemente resistente para soportar un amplio rango de usos, sin dejar de ser flexible en las zonas más delgadas del diseño.

Según el propio dr. Souveyrand, él comenzó a usar esta tecnología por iniciativa propia, pero cada vez encuentra más médicos con ganas de adoptar estos avances en la medicina que proporciona la impresión en 3D.

Además, afirma que la gran cantidad de datos disponibles están siendo escasamente utilizados, y que la impresión 3D podría dar un giro a cómo se usa la imagen de diagnóstico.

Pieza impresa en 3D para ser utilizada en ortopedia de vértebra cervical. Fuente: Sculpteo

Medicamentos personalizados

Los enfermos que han de tomar una gran cantidad de medicamentos, en ocasiones 5 o 6 pastillas en una sola vez para diferentes problemas de salud, han de afrontar un problema adicional: que esas pastillas no sean efectivas de forma simultánea.

Por otro lado, la fabricación de medicinas en grandes cantidades con dosis estandarizadas, como ocurre en la industria actual, puede no ser adecuada para todos.

Esto hace de la administración farmacológica uno de los campos que más requieren de urgentes avances en la medicina.

La solución ha sido encontrada por un grupo de investigación liderado por el doctor en medicina Min Pu, profesor de medicina interna en la universidad de Wake Forest.

Este equipo elaboró un algoritmo que incluye información del paciente tal como el peso, la raza, y el funcionamiento de riñón e hígado, dentro de un software que permite ajustar  la dosis de forma personalizada, y convertirla en datos imprimibles en 3D. Los ensayos realizados mostraron  que los tratamientos con este método podían ser más efectivas que con tratamientos tradicionales.

Entre las ventajas de estos medicamentos impresos en 3D destacamos las siguientes:

  • Al unir compuestos en polvo entre materiales líquidos a nivel microscópico, las pastillas impresas en 3D pueden ser extremadamente porosas, lo cual significa que se disuelven rápidamente en contacto con líquidos y son más fáciles de tragar por niños, discapacitados o personas que sufren dolores.
  • Al alterar la superficie con formas complejas, los médicos pueden controlar la potencia del principio activo, así como el tiempo en el cual este será liberado.
  • Los algoritmos pueden tener en cuenta factores biológicos para optimizar la dosificación y los ingredientes, aumentando la efectividad y reduciendo los efectos secundarios.
  • Se pueden crear pequeños lotes basados en preferencias individuales de color, sabor, tamaño de comprimido…
  • Los fabricantes pueden desviar la producción y la distribución hacia los consumidores. Los hospitales podrían incluso fabricar medicamentos a demanda, eliminando la necesidad de almacenar grandes cantidades de fórmulas genéricas.
  • Medicamentos específicos para cada paciente podrían ser fabricados en casa, reduciendo los tiempos de espera y salvando vidas en situaciones de urgencia.

Formación médica y entrenamiento: cirugía con modelos impresos en 3D

Cualquier operación quirúrgica ha de ser preparada antes de llevarse a cabo. Sin embargo, la formación y el equipamiento estándar no son capaces de enseñar al cirujano las particularidades del cuerpo del paciente. Normalmente, este conocimiento general  se adquiere estudiando cadáveres humanos en estudios preclínicos dentro de las facultades de medicina y gana en precisión en cirugías reales.

En la actualidad, los médicos utilizan imágenes en 2D y 3D para entender los detalles anatómicos de sus pacientes.

La posibilidad de crear archivos 3D basados en resonancia magnética o tomografía computerizada permite a los cirujanos crear órganos de apariencia real para practicar sus operaciones.

Por ejemplo, para preparar la implantación de un stent dentro de un vaso sanguíneo simulando condiciones in vivo, sin riesgo de complicaciones, se puede imprimir un corazón en material flexible con apariencia real.

Esta posibilidad de planificar la cirugía es especialmente importante en cirugías que atañen a órganos delicados, como el cerebro.

Un corazón impreso en 3D que parece real

Buscando la mejor manera de tratar el cáncer

Una de las principales dificultades para tratar el cáncer es la de conocer cómo va el organismo a reaccionar al tratamiento, o si el cáncer se reproducirá en otro órgano.

Por ello, la posibilidad de probar el tratamiento en células extraídas del propio tumor puede ayudar a evitar las reiteradas (y agotadoras para el paciente) fases de probar un tratamiento, a la vez que se aumenta la eficacia y velocidad de curación.

El Instituto de Medicina Regenerativa de la Universidad Wake Forest está llevando a cabo un paso decisivo en este procedimiento que han llamado “metástasis en una astilla“, aludiendo al uso de organoides procedentes del propio paciente. Estos organoides son de hecho órganos creados con impresión 3D, con células extraídas del propio paciente, en el caso del estudio del intestino y el hígado, utilizando biogeles.

El objetivo es crear modelos de laboratorio del cáncer expandiéndose de un tejido a otro, y probar medicamentos en esos organoides.

Una de las ventajas de este sistema innovador es que puede superar carencias de los métodos tradicionales. Como afirma la propia universidad, los estudios tradicionales usando placas, o los resultados obtenidos sobre animales no son aplicables a los pacientes humanos, siendo necesario incorporar otros nuevos avances en la medicina.

Avances en la medicina con piel y tejidos vivos

La bioimpresión es un procedimiento enfocado al desarrollo de piel y tejidos impresos en 3D. En la actualidad, se están explorando dos vías.

El primero de ellos es la posibilidad de imprimir piel en 3D directamente en el cuerpo. En el caso de los pacientes quemados, la reconstrucción de la piel, barrera natural del cuerpo contra las agresiones externas y las infecciones, es de vital importancia.

Sin embargo, la cirugía requiere largos periodos de tiempo para ser efectiva y tener éxito, y suele consistir en la toma de partes de piel de otras partes del cuerpo para ser colocadas en las zonas lesionadas. Este procedimiento, dependiendo de la importancia de las lesiones, podría no ser suficiente para cubrir la herida.

Por ello, en la Facultad de Medicina de la Universidad Wake Forest, están desarrollando una impresora 3D para fines militares, que puede imprimir piel directamente en pacientes quemados.

La “tinta” está fabricada con diferentes tipos de células epiteliales, y se puede ver el funcionamiento en la web de la universidad.

El segundo es imprimir tejidos que posteriormente puedan formar parte de un cuerpo humano. Con este fin, la misma universidad está investigando, en este caso no sólamente con fines militares.

En este caso, usan una impresora 3D standard que deposita capas de hidrogel, el cual contiene células y otros materiales, y que permitiría crear tejidos y órganos.

La innovación de imprimir tejidos en 3D no solamente permite fabricar órganos que pudieran ser implantados en seres humanos, sino que podría ser una  forma de evitar la experimentación animal en el desarrollo de cosméticos, tal y como hace la empresa de investigación Organovo, o fármacos, como veíamos en el punto anterior.

Prótesis personalizadas

Dada la necesidad de que las prótesis sean personalizadas, es decir adaptadas a las necesidades específicas de cada paciente, éste es uno de los campos en los que más avances en la medicina está aportando la impresión 3D.

La manufactura aditiva ha sido utilizada en muchos casos diferentes: prótesis dental, reemplazos de cadera, válvulas coronarias, reconstrucción de rodilla, cajas torácicas de titanio, reconstrucción de cráneos…

Existen dos categorías de prótesis, externas e internas. Las prótesis internas es donde la impresión 3D es más ampliamente usada, normalmente usando materriales biocompatibles adecuados para este tipo de cirugía como metales, cerámicas y polímeros.

Por ejemplo en el caso de la reconstrucción de huesos, se usan  biocerámicas como el hidroxiapatito, mientras que para reparar cartílago se recomiendan polímeros como la policaprolactona. Los metales como el titanio se adaptan mejor a las zonas que deben soportar mayores pesos, como las caderas.

En lo referente a las prótesis externas, el avance de la impresión 3D se produce en términos de asequibilidad.

La organización benéfico e-Nable ha creado un modelo de código abierto llamado Raptor Reloaded, para permitir a cualquiera con una impresora 3D producir una prótesis a bajo coste, aunque sus funciones aún son estándar.

Actualización:

La Administración de Medicamentos y Alimentos​​ de EEUU (FDA: Food and Drug Administration) ha publicado a principios de 2018 una guía con recomendaciones y requisitos de dispositivos médicos aplicados a impresión 3D para que los fabricantes puedan seguir dichas normas y de este modo poder usar elementos creados con fabricación aditiva en el sector médico.

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2018-10-17T19:27:38+00:00

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