Novos Dispositivos e Instrumentos Médicos
3D printing has virtually become a synonym for rapid prototyping. A facilidade de uso e o baixo custo da impressão 3D interna também revolucionou o desenvolvimento de produtos e muitos fabricantes de ferramentas médicas adotaram a tecnologia para produzir novos dispositivos médicos e instrumentos cirúrgicos.
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Mais de 90% das 50 maiores empresas de dispositivos médicos usam a impressão 3D para criar protótipos precisos de dispositivos médicos, bem como jigs e acessórios para simplificar os testes.
Nas palavras de Alex Drew, um engenheiro de projetos mecânicos da DJO Surgical, um fornecedor global de dispositivos médicos. “Antes da DJO Surgical trazer a bordo, nós confiávamos quase exclusivamente em fornecedores externos de impressão para os protótipos. Hoje em dia, estamos a executar quatro máquinas Formlabs, e o impacto tem sido profundo. A nossa taxa de impressão 3D duplicou, o custo foi reduzido em 70% e o nível de detalhe da impressão permite uma comunicação clara dos desenhos com os cirurgiões ortopédicos”
As empresas de dispositivos médicos como a Coalesce usam a impressão 3D para criar protótipos precisos de dispositivos médicos.
3D a impressão pode acelerar o processo de desenho, iterando desenhos complexos em dias em vez de semanas. Quando a Coalesce foi encarregada de criar um dispositivo inalador que pudesse avaliar digitalmente o perfil de fluxo inspiratório de um paciente asmático, a terceirização do perfil de fluxo inspiratório para prestadores de serviços teria resultado em longos prazos de entrega para cada protótipo. Os arquivos de design teriam de ser cuidadosamente refinados através de várias iterações antes de serem enviados para fora do local para serem construídos.
Em vez disso, a impressão SLA 3D de mesa permitiu que a Coalesce mantivesse todo o processo de prototipagem internamente. Os protótipos estavam aptos para uso em estudos clínicos e pareciam mesmo um produto acabado. Na verdade, quando eles mostraram o dispositivo, seus clientes confundiram o protótipo com o produto final.
Overall, internamente representou uma enorme redução de 80-90% no tempo de execução dos protótipos. Além disso, as peças levavam apenas oito horas para serem impressas e podiam ser acabadas e pintadas em poucos dias, enquanto o mesmo processo teria levado uma ou duas semanas através de um contratante externo.
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Proteses acessíveis
Cada ano centenas de milhares de pessoas perdem um membro, mas apenas um subconjunto delas tem acesso a uma prótese para recuperar a sua função.
As próteses simples só estão disponíveis em alguns tamanhos, por isso os pacientes têm de se contentar com o que melhor se adapta, enquanto que os dispositivos biónicos personalizados concebidos para imitar os movimentos e as pegas dos membros reais que dependem dos músculos do membro residual de uma pessoa para controlar as suas funções são tão caros que só estão acessíveis aos pacientes com o melhor seguro de saúde dos países desenvolvidos. Isto afecta particularmente as próteses para crianças. À medida que as crianças crescem e entram em aventuras, elas inevitavelmente superam suas próteses e requerem reparos caros.
A dificuldade é a falta de processos de fabricação que possam produzir peças personalizadas de forma acessível. Mas, cada vez mais, os prostitutas podem tirar proveito da liberdade de design da impressão 3D para mitigar essas altas barreiras financeiras ao tratamento.
Iniciativas como a e-NABLE permitem que comunidades inteiras ao redor do mundo possam se formar em torno de próteses impressas em 3D. Eles estão conduzindo um movimento independente na produção de próteses, compartilhando informações e designs de código aberto livremente online, para que os pacientes possam obter uma prótese personalizada que seja bem adaptada para eles por apenas 50 dólares.
Outros inventores como Lyman Connor, dêem mais um passo em frente. Com apenas uma pequena instalação de quatro impressoras 3D de mesa, Lyman foi capaz de completar e encaixar suas primeiras próteses de produção. Seu objetivo final? Criar uma mão totalmente biônica e personalizável para ser vendida a uma fração das atuais dezenas de milhares de dólares da etiqueta de preço de varejo para próteses tão avançadas.
Elsewhere, pesquisadores do MIT também identificaram a impressão 3D como um meio ideal para produzir bases de prótese mais confortáveis.
Sem dúvida, o baixo custo de produção destas próteses, juntamente com a liberdade que vem com desenhos personalizados, provou ser revelador. As próteses feitas com impressão 3D podem ser viradas em apenas duas semanas e depois podem ser testadas e mantidas a um custo muito mais baixo do que as próteses tradicionais.
Como os custos continuam a diminuir e as propriedades do material melhoram, a impressão 3D irá sem dúvida desempenhar um papel crescente neste departamento de saúde.
Corrective Insoles and Orthoses
Muitas das mesmas elevadas barreiras financeiras ao tratamento vistas nas próteses são também nativas de campos como as órteses e palmilhas. Como muitos outros dispositivos médicos específicos para pacientes, as órteses personalizadas são frequentemente inacessíveis devido ao seu alto custo e levam semanas ou meses para serem fabricadas. Com a impressão em 3D, esse já não precisa ser o caso.
O exemplo de Matej e seu filho Nik vem à nossa mente. Nascido prematuro em 2011, as dificuldades durante o parto fizeram com que Nik tivesse paralisia cerebral, uma condição que afeta quase vinte milhões de pessoas em todo o mundo. Matej foi inspirado pela vontade inabalável de seu filho de transcender as limitações de sua condição, mas ele foi confrontado com uma escolha entre uma órtese padrão, pré-fabricada, que teria sido inadequada e desconfortável para seu filho, ou uma solução personalizada cara que levaria semanas ou meses para ser entregue, apenas para ser rapidamente tornada obsoleta por uma criança em crescimento.
Ele decidiu tomar as coisas em suas próprias mãos e procurou novas soluções para alcançar este objetivo. Com a liberdade oferecida pelas tecnologias digitais, incluindo digitalização e impressão em 3D, os fisioterapeutas Matej e Nik puderam experimentar liberalmente e desenvolver um fluxo de trabalho totalmente novo e inovador para órteses de tornozelo (AFOs).
A órtese impressa em 3D, feita à medida, proporcionou a Nik apoio, conforto e correcção precisamente onde era necessário, ajudando Nik a dar finalmente os seus primeiros passos independentes. Este aparelho ortopédico personalizado reprendeu o acabamento altamente ajustado das órteses de alta qualidade, por uma fração do preço e sem necessidade de mais ajustes.
Os profissionais de todo o mundo estão usando a impressão 3D para reinventar palmilhas e órteses específicas de pacientes e clientes, bem como uma gama de outras ferramentas para melhorar a fisioterapia. No passado, o curso da fisioterapia usando ferramentas personalizadas tinha se mostrado difícil. Os pacientes frequentemente enfrentavam longos tempos de espera e peças acabadas que levavam ao desconforto. A impressão em 3D está no caminho para alterar este status quo. As palmilhas e órteses impressas em 3D provaram ser um melhor ajuste, levaram a melhores resultados terapêuticos e proporcionaram um maior grau de conforto e utilização para os pacientes.
Bio-impressão, Engenharia de Tecidos, Órgãos Impressos em 3D e Mais Além
Os meios convencionais de tratamento de pacientes com falhas graves de órgãos envolvem actualmente a utilização de auto-enxertos, um enxerto de tecido de um ponto para outro do corpo do mesmo indivíduo, ou transplantes de órgãos de um doador. Os pesquisadores nas áreas de bioimpressão e engenharia de tecidos esperam mudar isso em breve e ser capazes de criar tecidos, vasos sanguíneos e órgãos sob demanda.
3D bioimpressão refere-se ao uso de processos de fabricação de aditivos para depositar materiais conhecidos como bioinks para criar estruturas semelhantes a tecidos que podem ser usados em campos médicos. A engenharia de tecidos refere-se às várias tecnologias em evolução, incluindo a bioimpressão, para o crescimento de tecidos e órgãos de substituição no laboratório para uso no tratamento de lesões e doenças.
Com a ajuda da impressão 3D de alta precisão, pesquisadores como o Dr. Sam Pashneh-Tala da Universidade de Sheffield trouxeram novas possibilidades à engenharia de tecidos.
Para direcionar o crescimento celular de modo que o tecido necessário seja formado, o Dr. Pashneh-Tala cultiva células vivas em um andaime no laboratório, que fornece um modelo com a forma, tamanho e geometria necessários. Por exemplo, uma estrutura tubular é necessária para criar um vaso sanguíneo para um paciente cardiovascular. As células irão multiplicar-se e cobrir o andaime, assumindo a sua forma. O andaime então se decompõe gradualmente, deixando as células vivas dispostas na forma do tecido alvo, que é cultivado em um biorreator, uma câmara que contém o tecido em desenvolvimento e pode reproduzir o ambiente interno do corpo, para adquirir desempenho mecânico e biológico do tecido orgânico.
Uma câmara de biorreator impresso em 3D com uma aorta em miniatura tecidual crescendo no seu interior. O tecido é cultivado no biorreator para adquirir o desempenho mecânico e biológico do tecido orgânico.
Isso capacitará os cientistas a criar desenhos de enxertos vasculares específicos para pacientes, melhores opções cirúrgicas e fornece uma plataforma de testes única para novos dispositivos médicos vasculares para aqueles que sofrem de doença cardiovascular, que é atualmente a causa número um de mortes em todo o mundo. Em seguida, o objetivo final é criar vasos sanguíneos que estejam prontos para serem implantados nos pacientes. Como a engenharia de tecidos utiliza células que são retiradas do paciente que necessita do tratamento, ela elimina a possibilidade de rejeição pelo sistema imunológico – um dos principais problemas nos procedimentos convencionais de transplante de órgãos atualmente.
3D impressão provou ser capaz de responder aos desafios de produzir vasos sanguíneos sintéticos, resolvendo as dificuldades de recriar as formas, tamanhos e geometrias precisas do vaso necessário. Ser capaz de combinar de perto as soluções impressas com as necessidades específicas dos pacientes provou ser revelador.
Nas palavras do Dr. Pashneh-Tala: “oferece o potencial para melhores opções cirúrgicas e até mesmo desenhos de vasos sanguíneos compatíveis com o paciente. Sem acesso à impressão em 3D de alta precisão e acessível, não seria possível criar essas formas”
Vimos avanços emocionantes em materiais biológicos adequados para uso em impressoras 3D. Os cientistas estão desenvolvendo novos materiais hidrogel que têm a mesma consistência que o tecido orgânico que pode ser encontrado no cérebro e pulmões humanos e que pode ser compatível com vários processos de impressão 3D. Os cientistas esperam ser capazes de implantá-los em um órgão, para agir como ‘andaime’ no qual as células seriam encorajadas a crescer.
Embora a bioimpressão de órgãos internos totalmente funcionais como corações, rins e fígados ainda soe futurista, os avanços com técnicas de impressão híbrida em 3D estão acontecendo em um ritmo muito rápido.
Antes ou mais cedo, espera-se que a construção de matéria biológica em impressoras de laboratório conduza à capacidade de gerar novos órgãos impressos em 3D, totalmente funcionais. Em abril de 2019, os cientistas criaram o primeiro coração 3D usando materiais biológicos de um paciente na Universidade de Tel Aviv. A pequena réplica foi criada usando os materiais biológicos do próprio paciente, gerando uma correspondência completa do perfil imunológico, celular, bioquímico e anatômico do paciente.
“Nesta fase, nosso coração 3D é pequeno, do tamanho do coração de um coelho, mas corações humanos maiores requerem a mesma tecnologia”, disse o Professor Tal Dvir.
O primeiro coração bioimpresso em 3D, criado na Universidade de Tel Aviv.
O que se segue para a impressão 3D médica?
Processos de impressão 3D precisos e acessíveis como a estereolitografia de mesa estão democratizando o acesso à tecnologia, capacitando os profissionais de saúde a desenvolver novas soluções clínicas e fabricar rapidamente dispositivos personalizados, e permitindo que os médicos ofereçam novos tratamentos em todo o mundo.
As tecnologias e materiais de impressão em 3D continuam a melhorar, elas abrirão o caminho para cuidados personalizados e aplicações médicas de alto impacto.
Saiba mais sobre a impressão em 3D na área da saúde