7 casos de uso sorprendentes para la impresión 3D en el campo de la medicina.
- Woo Mo Sik
- hace 6 horas
- 8 min de lectura
La impresión 3D, o fabricación aditiva, ha revolucionado la industria médica durante la última década. Los profesionales médicos utilizan la tecnología de impresión 3D para desarrollar nuevos instrumentos médicos, implantes ortopédicos y prótesis, así como réplicas personalizadas de tejidos, huesos y órganos.
Implante de cadera impreso en 3D con un biomaterial de nueva generación que posee una excelente biocompatibilidad y favorece la curación ósea.
Tabla de contenido
Auge de la impresión 3D en el campo de la medicina.
Según Global Market Insights, el mercado de la impresión 3D en el sector sanitario alcanzó un valor superior a los 1.700 millones de dólares en 2020 y se estima que crecerá a una tasa compuesta anual superior al 22,3% entre 2021 y 2027.
América del Norte domina el mercado de la impresión 3D para el sector sanitario, con una cuota de mercado del 40%, valorada en más de 701,4 millones de dólares. Crédito: Global Market Insights
El creciente apoyo de la FDA a las medidas de control de calidad y seguridad está impulsando en gran medida el desarrollo de la industria en Norteamérica. Además, tanto las instituciones académicas como los fabricantes de Norteamérica observan una mayor intensidad en las actividades de investigación y desarrollo.
Beneficios de la impresión 3D para pacientes y médicos
Atención médica personalizada
Proceso de producción Shapeshift para prendas personalizadas. Crédito: 3D Natives
Gracias a los recientes avances tecnológicos y de materiales, la fabricación aditiva permite diseñar e imprimir diseños más complejos y con mayor variedad de materiales que los métodos de fabricación convencionales. Los profesionales sanitarios ahora pueden crear fácilmente instrumental médico e implantes personalizados que se adaptan perfectamente a la anatomía del paciente o a una cirugía específica.
Un mejor ajuste de las prótesis e implantes puede reducir drásticamente la probabilidad de infección, proporcionar funciones sin dolor y acelerar el proceso de recuperación.
Diseño y producción rápidos
Las prótesis e implantes tradicionales pueden tardar semanas en diseñarse y fabricarse, especialmente si se fabrican a medida para un paciente.
Gracias a las técnicas de impresión 3D, los profesionales sanitarios pueden diseñar e imprimir el objeto en sus propias instalaciones con una impresora 3D profesional en cuestión de días (y a veces incluso menos), lo que resulta mucho más rápido que la fabricación de piezas moldeadas o mecanizadas.
Esto podría reducir significativamente el tiempo de espera de los pacientes y disminuir las probabilidades de complicaciones que puedan surgir como resultado de retrasos o falta de disponibilidad de dispositivos médicos.
Aumentar la eficiencia de costos
La impresión 3D ofrece a los pacientes prótesis e implantes personalizados y asequibles, que resultan muy costosos con los procesos de fabricación tradicionales. Además, no se requiere la fabricación de herramientas, plantillas ni dispositivos especiales, y no existen requisitos de volumen mínimo de producción.
Todo el proceso, desde el escaneo hasta el modelado e impresión 3D, puede ser realizado fácilmente por una sola persona con una impresora 3D de escritorio económica, lo que ahorra tiempo, mano de obra y dinero.
Aplicaciones reales de la impresión 3D en el campo de la medicina.
1. Modelos anatómicos 3D para la planificación quirúrgica
Cirugía de extirpación de tumor realizada con planificación 3D en el Hospital Infantil SJD de Barcelona. Crédito: Hospital Infantil SJD de Barcelona
En 2013, el Hospital Infantil SJD de Barcelona utilizó la impresión 3D para planificar con gran éxito la primera cirugía oncológica compleja realizada a un niño de 5 años . Al niño se le diagnosticó neuroblastoma, un cáncer infantil poco común que se desarrolla en los tejidos nerviosos. Para extirpar el tumor sin poner en peligro la vida del paciente, los cirujanos tuvieron que evitar con gran habilidad cortar los vasos sanguíneos y los órganos circundantes.
Tras dos intentos fallidos, el equipo creó una réplica a tamaño real del tumor del niño mediante impresión 3D, utilizando materiales con una textura similar a la de los órganos. Con el modelo 3D, los cirujanos analizaron minuciosamente las relaciones anatómicas del tumor, los vasos sanguíneos y los órganos, y simularon la compleja extirpación del tumor. Tras más de una semana de ensayos, los cirujanos lograron extirpar el tumor del cuerpo del niño. Se esperaba que el niño se recuperara por completo sin necesidad de cirugías adicionales.
Desde entonces, los profesionales del hospital han implementado la tecnología 3D en aproximadamente 100 cirugías desde 2017 para planificar procedimientos quirúrgicos complejos, crear guías de corte e instrumental quirúrgico, y diseñar prótesis e implantes personalizados para cada paciente. Actualmente, la impresión 3D se ha extendido a otras especialidades del hospital, como traumatología, cirugía maxilofacial, cirugía oncológica, neurocirugía, cardiología, cirugía plástica y odontología.
2. Extremidad protésica
El encaje protésico se fabrica a medida para adaptarse a la pierna de cada paciente mediante tecnología 3D. Crédito: Colección de Instrumentos Científicos de la Universidad de Toronto.
En todo el mundo, más de 57,7 millones de personas viven con la pérdida de una extremidad. Si bien las prótesis pueden facilitar la movilidad de los pacientes, siguen siendo demasiado caras e incómodas. El problema se agrava aún más en los niños con amputaciones: las prótesis les quedan pequeñas rápidamente y requieren reemplazos frecuentes. Mantener a un niño con una prótesis adecuada cuesta, en promedio, 80 000 dólares por extremidad.
Mediante la tecnología de impresión 3D, la Universidad de Toronto presentó un método económico y rápido para producir prótesis de pierna personalizadas para niños . El proceso es sencillo: un técnico escanea el muñón, diseña la prótesis a partir de los datos del escaneo 3D y pulsa "imprimir". Tras 6 a 9 horas, la prótesis, diseñada específicamente para el paciente, estará lista.
3. Producción en masa de suministros médicos de emergencia
Férula para dedos impresa en 3D diseñada por Ian McHale para la estabilización temporal de un dedo o articulación tras una lesión. Crédito: Thingiverse
Ian McHale, estudiante de último año en la escuela secundaria Steinert en Estados Unidos, desarrolló un diseño para producir férulas para dedos en una impresora 3D de gama baja en aproximadamente 10 minutos por menos de 2 centavos de dólar de plástico reciclado .
McHale comprendía las dificultades que enfrentaban los países en desarrollo para adquirir grandes cantidades de suministros del extranjero, y mucho menos férulas personalizadas. Por ello, decidió diseñar férulas para dedos impresas en 3D, más asequibles y de fácil acceso. Dependiendo del tamaño de la plataforma, se podían imprimir entre 30 y 40 férulas en una sola tirada. Este diseño también resulta útil para clínicas, hospitales remotos y puestos de primeros auxilios cuando escasean los suministros o se requieren herramientas médicas especiales.
El diseño de McHale ganó el primer premio en su categoría en la Feria de Ciencia e Ingeniería de Mercer y fue premiado por el Ejército y la Fuerza Aérea de los Estados Unidos. Creía que, con una impresora 3D, se podrían crear férulas personalizadas y adaptarlas a diferentes tamaños de dedos. Actualmente, su diseño de férulas impresas en 3D está disponible para su descarga gratuita en Thingiverse, e invita a las personas a diseñar sus propias férulas personalizadas.
4. Reemplazo óseo
El Hospital KMU imprimió en 3D una clavícula artificial utilizando PEEK en lugar de la aleación de titanio tradicional para el reemplazo óseo. Fuente: 3Dnatives
En 2018, el equipo médico del Hospital Universitario de Medicina de Kunming (Hospital KMU) en China, en colaboración con la empresa de impresión 3D IEMAI 3D, trasplantó con éxito la primera clavícula de PEEK impresa en 3D del mundo . El procedimiento se realizó en un hombre de 57 años con cáncer avanzado, cuya clavícula tuvo que ser extirpada para eliminar las células cancerosas de los tejidos y órganos afectados.
Para reparar la clavícula tras la resección, los médicos del Hospital KMU decidieron utilizar una prótesis de PEEK en lugar de la malla de titanio tradicional, ya que no interferiría con el tratamiento de quimioterapia posterior del paciente. Además, el PEEK garantiza una recuperación más rápida y no presenta efectos secundarios.
La introducción de PEEK, ULTEM, PMMA y otros termoplásticos en el campo de la medicina está abriendo el camino para que más pacientes se sometan a cirugía de implantes, ya que no afectaría a sus posibles tratamientos futuros.
5. Reconstrucción del cráneo
Tiffany Cullern se sometió a una cirugía para extirpar un tumor cerebral y, tras sufrir complicaciones, le reconstruyeron el cráneo con un implante impreso en 3D. Fuente: All3DP
Tiffany Cullern, una joven británica de 20 años, se sometió a una reconstrucción de cráneo mediante una placa craneal impresa en 3D .
La joven padecía un tumor cerebral extremadamente raro. El tumor, del tamaño de una pelota de golf, seguía creciendo. Aunque los cirujanos lograron extirparlo, Cullern quedó inconsciente y con el cerebro inflamado tras la operación. Los cirujanos solo pudieron realizar otra intervención para extraerle el cráneo y así aliviar la presión. Dado que los médicos no estaban seguros de si el cerebro de Cullern volvería a inflamarse, decidieron dejarle el cráneo fuera hasta que su estado se estabilizara.
Tras tener un orificio del tamaño de una mano en la cabeza durante tres meses, a Cullern finalmente le implantaron una prótesis craneal impresa en 3D, hecha de titanio, plástico y calcio. Recientemente se comprometió con su novio y está agradecida de que su cabeza haya vuelto a la normalidad y feliz de poder seguir adelante con su vida.
6. Córneas humanas
El Dr. Steve Swioklo y el Prof. Che Connon imprimieron con éxito en 3D la primera córnea humana del mundo. Crédito: Universidad de Newcastle.
En 2018, científicos de la Universidad de Newcastle, en el Reino Unido, imprimieron en 3D las primeras córneas humanas .
Los investigadores trabajaron mezclando células madre corneales sanas con alginato y colágeno para crear una solución imprimible: la "biotinta". Utilizando una sencilla bioimpresora 3D, la biotinta se extruyó con éxito para formar la córnea humana en menos de 10 minutos.
Las córneas impresas en 3D se diseñaron según las especificaciones únicas de cada paciente. Al escanear el ojo del paciente, los investigadores pudieron usar los datos para imprimir rápidamente una córnea que coincidiera con el tamaño y la forma.
Aunque las córneas impresas en 3D aún requieren más pruebas antes de poder utilizarse para trasplantes, los científicos de la Universidad de Newcastle creen que podrían aliviar la escasez mundial de córneas de donantes en un futuro próximo.
7. Válvulas cardíacas
Válvula cardíaca artificial impresa en 3D. Fuente: Industria de la impresión 3D.
Jonathan Butcher y su equipo en la Universidad de Cornell fueron pioneros en la tecnología de impresión de tejidos en 3D para crear válvulas cardíacas vivas que poseen la misma estructura anatómica que las válvulas nativas.
Para producir con precisión una válvula artificial, el equipo de Butcher desarrolló algoritmos que procesan conjuntos de datos de imágenes 3D de una válvula nativa y forman automáticamente el modelo 3D completo de la válvula cardíaca. Posteriormente, se realiza la bioimpresión en un sistema de doble jeringa con una mezcla de hidrogel de alginato/gelatina, células de músculo liso y células intersticiales valvulares para imitar la estructura de la raíz y las valvas de la válvula.
Butcher creía que la bioimpresión ganaría mucha más popularidad en la comunidad de ingeniería de tejidos y biomedicina en los próximos años. Los modelos de tejido específicos para cada paciente ayudarían a los profesionales de la salud a comprender la patogénesis de las enfermedades y a evaluar la eficacia de los fármacos, o a crear reemplazos de tejido vivo adaptados directamente a la anatomía del paciente.
¡Es hora de empezar con la impresión 3D médica!
Es evidente que la tendencia de utilizar la impresión 3D en el campo de la medicina seguirá creciendo, y es hora de que la utilicemos para mejorar la atención al paciente.
Si le resulta demasiado complicado empezar todo por su cuenta, puede considerar la posibilidad de consultar con empresas con experiencia. Novus ofrece filamento para impresión 3D de grado médico y servicios de impresión 3D para hospitales, investigadores y veterinarios.
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