Impresión 3D en el ámbito médico: ¿Qué es? ¿Y por qué es importante?
- Woo Mo Sik
- hace 6 horas
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La impresión 3D en el campo de la medicina introduce tratamientos personalizados y mejora la calidad de la atención al paciente. La fabricación aditiva es utilizada actualmente por profesionales médicos para desarrollar nuevas guías quirúrgicas, implantes ortopédicos y prótesis, así como réplicas personalizadas de tejidos, huesos y órganos.
Crédito: Tom Claes en Unsplash
Tabla de contenido
¿Qué es la impresión 3D?
La impresión 3D es un proceso para crear un objeto físico a partir de un archivo digital tridimensional. Los objetos se construyen depositando capas sucesivas de materias primas como metales, plásticos y cerámica.
Crédito: Tom Claes en Unsplash
Dado que los objetos se fabrican mediante la adición de material, la impresión 3D también se conoce como fabricación aditiva (FA).
La tendencia de utilizar la impresión 3D en diferentes industrias ha aumentado debido al rápido desarrollo de la tecnología. En 2019, el mercado global de impresión 3D creció hasta superar los 10.400 millones de dólares, y se preveía que duplicaría su tamaño cada 3 años, con un crecimiento anual que oscilaría entre el 18,2 % y el 27,2 %, según las previsiones de 3D Hubs .
Tamaño y previsión del mercado global de impresión 3D. Fuente: Autonomous Manufacturing
La técnica de impresión 3D se ha aplicado a muchas industrias diferentes:
Medicamento
Implante de craneoplastia personalizado fabricado mediante impresión 3D. Crédito: 3D Natives
La impresión 3D en el campo de la medicina, que crece a un ritmo vertiginoso, se reconoce como uno de los mercados con mayor potencial de futuro. Actualmente, la impresión 3D se utiliza para desarrollar nuevas guías quirúrgicas, implantes ortopédicos y prótesis, así como réplicas personalizadas de huesos, órganos y vasos sanguíneos.
Arquitectura
Maqueta arquitectónica realizada mediante impresión 3D. Crédito: 3DCompare.com
La impresión 3D ofrece una alternativa rápida, sencilla y económica para producir modelos conceptuales de gran detalle que ayudan a arquitectos y clientes a visualizar el diseño. Estos modelos se pueden generar fácilmente con software CAD 3D, BIM u otros programas de diseño que suelen utilizar los arquitectos.
Joyas
La impresión 3D permite reproducir detalles complejos difíciles de tallar a mano. Crédito: Formlabs
La impresión 3D no solo ofrece mayor libertad de diseño, sino que también simplifica los pasos y reduce el tiempo de producción en comparación con el método artesanal tradicional. Cada vez más diseñadores de joyería prefieren modelar e imprimir sus diseños en 3D en lugar de utilizar métodos convencionales.
La impresión 3D también se aplica ampliamente en las siguientes industrias:
Arte/ Escultura/ Diseño
Automotor
Moda
Aeroespacial
Educación
Beneficios de la impresión 3D en el campo de la medicina.
Atención médica personalizada
Proceso de producción Shapeshift para prendas personalizadas. Crédito: 3D Natives
Gracias a los recientes avances tecnológicos y de materiales, la impresión 3D 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 e implantes médicos 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 médicas de la impresión 3D
Productos dentales
Prótesis dentales fabricadas mediante impresión 3D. Crédito: Formlabs
La impresión 3D es ideal para tratamientos dentales personalizados como prótesis dentales, guías quirúrgicas, implantes dentales y aparatos de ortodoncia como brackets y alineadores, que se adaptan perfectamente a la anatomía del paciente.
En lugar de depender de laboratorios para moldear y crear herramientas, los dentistas y ortodoncistas ahora pueden preparar, escanear e imprimir los implantes/herramientas con una impresora 3D en la propia clínica, ahorrando tiempo y dinero.
Prótesis hechas a medida
Prótesis de pierna impresas en 3D. Crédito: Industria de la impresión 3D
Las prótesis fabricadas con métodos tradicionales son costosas y no siempre cumplen con las especificaciones, lo que puede causar molestias o dolor al paciente. Si un paciente necesita una prótesis a medida, el costo y el tiempo de fabricación serán aún mayores.
Mediante la impresión 3D, los profesionales médicos pueden acelerar significativamente el proceso de producción y, al mismo tiempo, crear prótesis mucho más asequibles y adaptadas a las necesidades específicas de cada paciente.
Bioimpresión de tejidos y organoides
Corazón (izquierda), oreja (arriba a la derecha) y córneas (abajo a la derecha) bioimpresas. Crédito: 3D Natives
En lugar de utilizar metales o plásticos, la bioimpresión utiliza células vivas, también conocidas como biotinta, para crear tejidos vivos artificiales.
Si bien la bioimpresión aún no permite imprimir partes del cuerpo en 3D, esta tecnología ya se utiliza para fabricar tejidos y estructuras artificiales relativamente sencillas, como cartílago, córnea, piel, hueso y vasos sanguíneos. Esto podría facilitar el estudio de ciertas enfermedades y la prueba de nuevos fármacos y terapias.
En 2019, un equipo de investigadores israelíes imprimió mediante bioimpresión un corazón humano en miniatura con células, vasos sanguíneos, ventrículos y cavidades.
En un futuro próximo, la bioimpresión podrá producir órganos y tejidos aptos para trasplantes y cirugía regenerativa.
Instrumentos quirúrgicos
Los cirujanos pueden imprimir en 3D in situ instrumentos quirúrgicos como fórceps, mangos de bisturí y pinzas hemostáticas. Crédito: RapidMade
La complejidad de cada operación varía, y las manos de cada cirujano son diferentes. Entonces, ¿por qué deberían los cirujanos limitarse a instrumental quirúrgico estandarizado?
La impresión 3D ofrece a los cirujanos una alternativa económica y rápida para personalizar instrumental quirúrgico según sus necesidades y operaciones. Con herramientas que se adaptan mejor a cada situación particular, los cirujanos pueden trabajar con mayor precisión y eficiencia.
Artículo relacionado: 7 casos de uso sorprendentes de la impresión 3D en el campo de la medicina.
¿Cómo funciona la impresión 3D?
Existen tres tipos principales de impresión 3D: modelado por deposición fundida (FDM), sinterización selectiva por láser (SLS) y estereolitografía (SLA). Cada método tiene sus propias ventajas y es adecuado para diferentes aplicaciones.
Modelado por deposición fundida (FDM)
PLA y ABS fabricados mediante impresión 3D FDM. Crédito: Makeblock
La modelización por deposición fundida (FDM), también conocida como fabricación por filamento fundido (FFF), es la tecnología de impresión 3D más sencilla y rentable. En este proceso, el material termoplástico se funde y se deposita sobre la plataforma de construcción capa a capa, hasta completar la formación del objeto.
Ejemplos de aplicaciones:
Prótesis médicas
Señuelos
Accesorios
Ejemplos de materiales:
Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), un material resistente y duradero.
Ácido poliláctico (PLA), un material biodegradable
Estereolitografía (SLA)
Audífonos UDMA impresos en 3D mediante SLA. Crédito: Hubs
Las piezas impresas mediante estereolitografía (SLA) ofrecen la mayor resolución y precisión, los detalles más nítidos y la superficie más lisa entre las tecnologías de impresión 3D de plástico. Un rayo láser UV endurece la resina fotopolimérica por capas, solidificándose cada capa y apilándose sobre la siguiente hasta formar el objeto.
Ejemplos de aplicaciones:
Modelos de ensayo quirúrgico
Guías quirúrgicas
Aplicaciones ortopédicas
Ejemplos de materiales:
Resinas de dimetacrilato de uretano (UDMA), alta resolución
Resinas de metacrilato, resistentes al calor y a los productos químicos.
Sinterización selectiva por láser (SLS)
Implante personalizado impreso en 3D con SLS para reemplazar hueso enfermo. Crédito: Insider en YouTube.
En la impresión 3D SLS, un potente rayo láser fusiona los materiales en polvo capa a capa para formar un objeto. Dado que SLS no requiere soportes, se pueden producir fácilmente diseños con geometrías complejas. El polvo sobrante se puede recoger y reutilizar.
Ejemplos de aplicaciones:
Andamio de ingeniería de tejidos
Medicina impresa en 3D
Implantes
Ejemplos de materiales:
El nailon, un material fuerte y duradero que resiste la mayoría de las condiciones físicas y químicas.
Proceso y materiales utilizados para la impresión 3D de plástico
Fuente: Formlabs
Impresión 3D de metales
Polvo utilizado en la impresión 3D de metales. Crédito: Business Wire
Además de los procesos de impresión 3D de plástico, la impresión 3D de metal, que incluye Metal FDM, Fusión Láser Selectiva (SLM) y Sinterización Láser Directa de Metal (DMLS), es otra opción popular. El titanio se usa comúnmente en la impresión 3D de metal debido a su ligereza, resistencia, dureza y alta resistencia al calor, la oxidación y los ácidos.
¿Cómo elegir el material de impresión 3D adecuado para aplicaciones médicas?
Para seleccionar un material adecuado para su proyecto de impresión 3D médica, debe:
1. Defina su propósito : ¿Planificación quirúrgica? ¿Prótesis? ¿Implantación?
2. Identificar los requisitos : ¿Duro? ¿Resistente a productos químicos? ¿Biocompatible? ¿Biodegradable?
3. Elija los materiales adecuados que se ajusten a sus necesidades.
Recomendaciones de materiales de impresión 3D para diferentes necesidades
Fuente: Formlab , IJSRP , Conserve Energy Future , ScienceDirect , Wiki , ResearchGate ,Fabbaloo , Reading Plastic
Si bien las propiedades son el principal factor a considerar al elegir los materiales de impresión 3D más adecuados, el precio también puede ser un factor importante.
Aquí está el precio de los materiales mencionados anteriormente:
Fuente: All3DP
Más información: Guías de selección de materiales para impresión 3D médica de 2022
Normativa para la impresión 3D médica
FDA de EE. UU.
Edificio de la FDA. Crédito: Bloomberg
La Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) no regula las impresoras 3D; en cambio, la FDA regula los productos médicos fabricados mediante impresión 3D.
Los dispositivos médicos, el tipo de producto más común que utiliza impresión 3D en la actualidad, se clasifican en tres clases según los riesgos asociados: Clase I, II y III. Cuanto mayor sea el número de la clase, mayor será el control regulatorio.
La clasificación se determina no solo por los riesgos potenciales que supone para el paciente y/o el usuario, sino también por el tipo y el uso previsto del producto.
Medacta recibió la autorización 510(k) de la FDA en 2021 para sus implantes de cadera metálicos Mpact® 3D, que utilizan tecnología DMLS. Se demostró que el producto era sustancialmente equivalente a los dispositivos de referencia y se clasificó como un dispositivo de Clase II. Crédito: Medacta
Para consideraciones técnicas específicas sobre dispositivos impresos en 3D, puede consultar la guía de la FDA . Esta guía ofrece a los fabricantes recomendaciones para dispositivos impresos en 3D, desde la etapa de diseño hasta la validación del proceso y las actividades de prueba de los dispositivos terminados.
En diciembre de 2021, el Centro de Dispositivos y Salud Radiológica (CDRH) de la FDA publicó un documento de debate y comenzó a recabar la opinión pública sobre la impresión 3D de dispositivos médicos en centros de atención primaria, como hospitales y consultorios médicos. El documento ofrece información detallada sobre la normativa vigente de la FDA en materia de dispositivos y tecnologías de impresión 3D, y propone posibles escenarios de fabricación en centros de atención primaria para el desarrollo de futuras políticas.
Reglamento Europeo de Dispositivos Médicos (EU MDR)
Crédito: Christian Lue en Unsplash
En mayo de 2021 entró en vigor el nuevo Reglamento europeo de productos sanitarios (MDR) , que sustituyó a las directivas de la UE anteriormente aplicables: la Directiva 93/42/CEE sobre productos sanitarios (MDD) y la Directiva 90/385/CEE sobre productos sanitarios implantables activos (AIMDD).
Tras la entrada en vigor de la nueva normativa, los dispositivos impresos en 3D ya no se consideran dispositivos médicos personalizados según la marca CE. En la UE, se regulan de forma similar a los dispositivos estandarizados, según su clasificación de riesgo.
Al igual que la FDA, el Reglamento Europeo de Dispositivos Médicos (EU MDR) clasifica los dispositivos médicos según el riesgo inherente a su uso. Las clases son Clase I (riesgo bajo), IIA, IIB y III (riesgo alto). Los dispositivos implantables se consideran de Clase IIB y Clase III, según el momento de la implantación y si el dispositivo provocará modificaciones o liberará fármacos. Todos los dispositivos médicos se someten a una evaluación de conformidad antes de su comercialización.
Fuente: Saint-Gobain
NMPA de China
La Administración Nacional de Productos Médicos (NMPA, por sus siglas en inglés) publicó una guía sobre la regulación y el registro de dispositivos impresos en 3D en 2018. Desde entonces, la NMPA ha publicado varias guías para diferentes dispositivos impresos en 3D, incluyendo jaulas de fusión espinal, copas acetabulares e implantes espinales impresos en 3D.
¿Cómo 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.
Para empezar con la impresión 3D médica, normalmente hay dos maneras:
1. Consigue un diseño listo para imprimir en sitios web para compartir modelos como Thingiverse :
Thingiverse es la plataforma más grande del mundo, con millones de modelos 3D descargables gratuitamente.
O
2. Personaliza un diseño existente utilizando un software de modelado 3D como Tinkercad :
Tinkercad es una plataforma online gratuita y fácil de usar para el diseño 3D.
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.
Póngase en contacto hoy mismo con nuestros asesores expertos en info@novusls.com para una consulta gratuita.
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