Nuevos dispositivos e instrumentos médicos
La impresión 3D se ha convertido prácticamente en un sinónimo de creación rápida de prototipos. La facilidad de uso y el bajo coste de la impresión 3D interna también han revolucionado el desarrollo de productos y muchos fabricantes de herramientas médicas han adoptado la tecnología para producir dispositivos médicos e instrumentos quirúrgicos totalmente nuevos.
Más del 90 por ciento de las 50 principales empresas de dispositivos médicos utilizan la impresión 3D para crear prototipos precisos de dispositivos médicos, así como plantillas y accesorios para simplificar las pruebas.
En palabras de Alex Drew, ingeniero de proyectos mecánicos de DJO Surgical, un proveedor mundial de dispositivos médicos. «Antes de que DJO Surgical incorporara Formlab, dependíamos casi exclusivamente de proveedores de impresión externos para los prototipos. Hoy en día, tenemos cuatro máquinas de Formlabs y el impacto ha sido profundo. Nuestro ritmo de impresión en 3D se ha duplicado, el coste se ha reducido en un 70% y el nivel de detalle de la impresión permite una comunicación clara de los diseños con los cirujanos ortopédicos».
Las empresas de dispositivos médicos como Coalesce utilizan la impresión en 3D para crear prototipos precisos de dispositivos médicos.
La impresión en 3D puede acelerar el proceso de diseño mediante la iteración de diseños complejos en días en lugar de semanas. Cuando se encargó a Coalesce la creación de un dispositivo inhalador capaz de evaluar digitalmente el perfil de flujo inspiratorio de un paciente con asma, la subcontratación de proveedores de servicios habría dado lugar a largos plazos de entrega de cada prototipo. Los archivos de diseño habrían tenido que refinarse minuciosamente a través de varias iteraciones antes de ser enviados fuera de la empresa para su construcción.
En cambio, la impresión 3D SLA de sobremesa permitió a Coalesce mantener todo el proceso de creación de prototipos en la empresa. Los prototipos eran aptos para su uso en estudios clínicos y tenían el mismo aspecto que un producto acabado. De hecho, cuando presentaron el dispositivo, sus clientes confundieron el prototipo con el producto final.
En general, el trabajo interno supuso una enorme reducción del 80-90% en el plazo de entrega de los prototipos. Es más, las piezas sólo tardaron ocho horas en imprimirse y pudieron estar acabadas y pintadas en pocos días, mientras que el mismo proceso habría llevado una o dos semanas a través de un contratista externo.
Prótesis asequibles
Cada año cientos de miles de personas pierden una extremidad, pero sólo un subconjunto de ellas accede a una prótesis para recuperar su función.
Las prótesis sencillas sólo están disponibles en unas pocas tallas, por lo que los pacientes deben arreglárselas con lo que mejor les quede, mientras que los dispositivos biónicos a medida diseñados para imitar los movimientos y agarres de los miembros reales que dependen de los músculos del muñón de la persona para controlar sus funciones son tan caros que sólo son accesibles para los pacientes con los mejores seguros médicos de los países desarrollados. Esto afecta especialmente a las prótesis para niños. A medida que los niños crecen y se meten en aventuras, inevitablemente se les quedan pequeñas las prótesis y requieren costosas reparaciones.
La dificultad estriba en la falta de procesos de fabricación que puedan producir piezas a medida de forma asequible. Pero, cada vez más, los protésicos pueden aprovechar la tan mencionada libertad de diseño de la impresión 3D para mitigar estas elevadas barreras financieras del tratamiento.
Iniciativas como e-NABLE permiten que se formen comunidades enteras en todo el mundo en torno a las prótesis impresas en 3D. Están impulsando un movimiento independiente en la producción de prótesis al compartir información y diseños de código abierto libremente en línea, por lo que los pacientes pueden obtener una prótesis diseñada a medida y bien adaptada para ellos por tan solo 50 dólares.
Otros inventores, como Lyman Connor, van un paso más allá. Con sólo una pequeña instalación de cuatro impresoras 3D de sobremesa, Lyman fue capaz de completar y adaptar sus primeras prótesis de producción. ¿Su objetivo final? Crear una mano totalmente biónica y personalizable que se venda a una fracción del precio de venta actual de decenas de miles de dólares para este tipo de prótesis avanzadas.
En otro lugar, los investigadores del MIT también han identificado la impresión 3D como un medio óptimo para producir encajes de prótesis más cómodos.
Huelga decir que el bajo coste de producción de estas prótesis, junto con la libertad que conllevan los diseños personalizados, ha resultado revelador. Las prótesis fabricadas con impresión 3D pueden estar listas en tan solo dos semanas y luego pueden probarse y mantenerse a un coste mucho menor que sus homólogas tradicionales.
A medida que los costes sigan disminuyendo y las propiedades de los materiales mejoren, la impresión 3D desempeñará sin duda un papel cada vez más importante en este departamento de la atención sanitaria.
Plantillas y órtesis correctivas
Muchos de los mismos obstáculos financieros elevados para el tratamiento que se observan en las prótesis también son nativos de campos como las órtesis y las plantillas. Al igual que muchos otros dispositivos médicos específicos para pacientes, las ortesis personalizadas suelen ser inaccesibles debido a su elevado coste y tardan semanas o meses en fabricarse. Con la impresión 3D, esto ya no tiene por qué ser así.
Nos viene a la mente el ejemplo de Matej y su hijo Nik. Nacido prematuramente en 2011, las dificultades durante el parto hicieron que Nik tuviera parálisis cerebral, una enfermedad que afecta a casi veinte millones de personas en todo el mundo. Matej se sintió inspirado por la inquebrantable voluntad de su hijo de superar las limitaciones de su enfermedad, pero tuvo que elegir entre una órtesis estándar prefabricada que habría sido inadecuada e incómoda para su hijo, o una costosa solución a medida que tardaría semanas o meses en ser entregada, y que quedaría rápidamente obsoleta por el crecimiento del niño.
Decidió tomar el asunto en sus manos y buscó nuevas soluciones para lograr este objetivo. Gracias a la libertad que ofrecen las tecnologías digitales, como el escaneado y la impresión en 3D, Matej y los fisioterapeutas de Nik pudieron experimentar libremente y desarrollar un flujo de trabajo innovador completamente nuevo para las órtesis de tobillo y pie (AFO).
La órtesis resultante, hecha a medida e impresa en 3D, proporcionó a Nik apoyo, comodidad y corrección precisamente donde se necesitaba, ayudando a Nik a dar por fin sus primeros pasos independientes. Este dispositivo ortésico a medida reproducía el acabado altamente ajustado de las plantillas ortopédicas de alta gama, a una fracción del precio y sin necesidad de realizar más ajustes.
Profesionales de todo el mundo están utilizando la impresión 3D para reinventar plantillas y ortesis específicas para pacientes y clientes, así como una serie de otras herramientas para mejorar la fisioterapia. En el pasado, el desarrollo de la fisioterapia con herramientas personalizadas había resultado difícil. Los pacientes solían enfrentarse a largos tiempos de espera y a piezas acabadas que provocaban molestias. La impresión 3D está en camino de cambiar este statu quo. Las plantillas y ortesis impresas en 3D han demostrado ajustarse mejor, han dado lugar a mejores resultados terapéuticos y han proporcionado un mayor grado de comodidad y uso a los pacientes.
Bioimpresión, ingeniería de tejidos, órganos impresos en 3D y más allá
Los medios convencionales para tratar a los pacientes con fallos graves de órganos implican actualmente el uso de autoinjertos, un injerto de tejido de un punto a otro del cuerpo del mismo individuo, o trasplantes de órganos de un donante. Los investigadores de los campos de la bioimpresión y la ingeniería de tejidos esperan cambiar pronto esta situación y poder crear tejidos, vasos sanguíneos y órganos a la carta.
La bioimpresión en 3D se refiere al uso de procesos de fabricación aditiva para depositar materiales conocidos como biotintas para crear estructuras similares a los tejidos que puedan utilizarse en los campos médicos. La ingeniería de tejidos se refiere a las diversas tecnologías en evolución, incluida la bioimpresión, para cultivar tejidos y órganos de sustitución en el laboratorio para su uso en el tratamiento de lesiones y enfermedades.
Con la ayuda de la impresión 3D de alta precisión, investigadores como el Dr. Sam Pashneh-Tala, de la Universidad de Sheffield, han aportado nuevas posibilidades a la ingeniería de tejidos.
Para dirigir el crecimiento celular de modo que se forme el tejido requerido, el Dr. Pashneh-Tala cultiva células vivas en un andamio en el laboratorio, que proporciona una plantilla de la forma, el tamaño y la geometría requeridos. Por ejemplo, se necesita una estructura tubular para crear un vaso sanguíneo para un paciente cardiovascular. Las células se multiplicarán y cubrirán el andamio, adoptando su forma. A continuación, el andamio se rompe gradualmente, dejando las células vivas dispuestas en la forma del tejido objetivo, que se cultiva en un biorreactor, una cámara que contiene el tejido en desarrollo y puede reproducir el entorno interno del cuerpo, para adquirir el rendimiento mecánico y biológico del tejido orgánico.
Una cámara de biorreactor impresa en 3D con una aorta en miniatura de ingeniería de tejidos creciendo en su interior. El tejido se cultiva en el biorreactor para adquirir el rendimiento mecánico y biológico del tejido orgánico.
Esto permitirá a los científicos crear diseños de injertos vasculares específicos para cada paciente, mejorar las opciones quirúrgicas y proporcionar una plataforma de pruebas única para nuevos dispositivos médicos vasculares para quienes sufren enfermedades cardiovasculares, que actualmente son la primera causa de muerte en todo el mundo. A continuación, el objetivo final es crear vasos sanguíneos listos para ser implantados en los pacientes. Como la ingeniería tisular utiliza células extraídas del paciente que requiere el tratamiento, se elimina la posibilidad de rechazo por parte del sistema inmunitario, un problema importante en los procedimientos convencionales de trasplante de órganos en la actualidad.
La impresión en 3D ha demostrado ser capaz de responder a los retos de la producción de vasos sanguíneos sintéticos al resolver las dificultades de recrear las formas, tamaños y geometrías precisas del vaso requerido. Poder ajustar estrechamente las soluciones impresas a las necesidades específicas de los pacientes ha resultado revelador.
En palabras del Dr. Pashneh-Tala «ofrece la posibilidad de mejorar las opciones quirúrgicas e incluso los diseños de vasos sanguíneos adaptados al paciente. Sin el acceso a la impresión 3D de alta precisión y asequible, la creación de estas formas no sería posible»
Hemos asistido a emocionantes avances en los materiales biológicos adecuados para su uso en impresoras 3D. Los científicos están desarrollando nuevos materiales de hidrogel que tienen la misma consistencia que el tejido de los órganos que pueden encontrarse en el cerebro y los pulmones humanos y que pueden ser compatibles con varios procesos de impresión 3D. Los científicos esperan poder implantarlos en un órgano, para que actúen como «andamios» en los que se estimularía el crecimiento de las células.
Aunque la bioimpresión de órganos internos totalmente funcionales, como corazones, riñones e hígados, sigue sonando futurista, los avances con las técnicas de impresión 3D híbrida se están produciendo a un ritmo muy rápido.
Tarde o temprano, se espera que la construcción de materia biológica en impresoras de laboratorio conduzca a la capacidad de generar nuevos órganos impresos en 3D totalmente funcionales. En abril de 2019, los científicos crearon el primer corazón en 3D utilizando los materiales biológicos de un paciente en la Universidad de Tel Aviv. La diminuta réplica se creó utilizando los materiales biológicos del propio paciente, engendrando una coincidencia completa del perfil inmunológico, celular, bioquímico y anatómico del paciente.
«En esta fase, nuestro corazón en 3D es pequeño, del tamaño de un corazón de conejo, pero los corazones humanos más grandes requieren la misma tecnología», dijo el profesor Tal Dvir.
El primer corazón bioimpreso en 3D, creado en la Universidad de Tel Aviv.
¿Qué es lo próximo en la impresión médica en 3D?
Los procesos de impresión en 3D precisos y asequibles, como la estereolitografía de sobremesa, están democratizando el acceso a la tecnología, permitiendo a los profesionales sanitarios desarrollar nuevas soluciones clínicas y fabricar rápidamente dispositivos personalizados, y a los médicos ofrecer nuevos tratamientos en todo el mundo.
A medida que las tecnologías y los materiales de impresión en 3D sigan mejorando, allanarán el camino hacia la atención personalizada y las aplicaciones médicas de gran impacto.
Más información sobre la impresión en 3D en la sanidad