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• Impresión 3D en la Industria Medica.




La impresión 3D, también llamada manufactura por adición (inglés), es un conjunto de procesos que producen objetos a través de la adición de material en capas que corresponden a las sucesivas secciones transversales de un modelo 3D. Los plásticos y las aleaciones de metal son los materiales más usados para impresión 3D, pero se puede utilizar casi cualquier cosa, desde hormigón hasta tejido vivo. Una impresora 3D es un dispositivo capaz de reproducir un objeto sólido tridimensional mediante la adición de material, cuyo diseño se realiza en computadora. El proceso consiste en añadir material capa por capa y desde abajo hacia arriba. La impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, crea componentes tridimensionales a partir de modelos CAD. Imita procesos biológicos que añaden el material capa por capa para crear una pieza física. La impresión 3D es un grupo de tecnologías de fabricación por adición capaz de crear un objeto tridimensional mediante la superposición de capas sucesivas de un determinado material. Un proceso por el que se crean objetos físicos a través de la colocación de un material en capas a partir de un modelo digital. La impresión 3D salió al rescate creando los ‘tumores fantasmas’: réplicas en plástico de tumores reales que permiten a los oncólogos trabajar sin riesgo, probando y decidiendo el tratamiento y la dosis más apropiada sin provocar efectos secundarios en el paciente. Las impresoras 3-D no imprime sobre un sustrato plano como las tradicionales impresoras de tinta, sino que lo hacen en capas sucesivas, formando objetos con volumen. Las primeras impresoras 3-D fueron desarrollados en la década de los años ochenta, por un ingeniero estadounidense llamado Charles Hull. La «tinta» era un líquido de acrílico que se volvió sólida cuando se expone a la luz ultravioleta, por lo general a partir de un rayo láser. Desde entonces su uso se ha disparado y se aplica en muchas áreas. Vamos a repasar los principales usos de las impresoras 3D en Medicina. La impresión en tercera dimensión se desarrolló primeramente en la década de 1980. Consiste en tomar un modelo digital de un objetivo para después producir al mismo en capas sucesivas de un material adecuado con el objetivo de darle volumen a ese objeto previamente digitalizado, en los últimos años esta innovación científica ha tenido un auge muy grande, teniendo múltiples aplicaciones en la medicina moderna se mencionará a continuación. ▪ Preparación quirúrgica Consiste en la impresión de una réplica exacta de aquellos órganos o huesos dañados, que son objetivo para realizarles una operación quirúrgica debido a alguna afección en los mismos. El hecho de tener el órgano en cuestión antes de intervenir en el cuerpo del paciente, produce que los médicos puedan practicar en el órgano impreso y encuentren la alternativa más viable para tratar a los pacientes. Esto produce un tratamiento más efectivo una cirugía con menos duración lo cual se traduce en una recuperación más rápida para el paciente. ▪ Prótesis La impresión 3D de prótesis supone un proceso más automatizado y es capaz de proporcionas piezas personalizadas para cualquier persona, funcionales, cómodas, livianas y estéticas. Las prótesis que más se imprimen son las de brazos, manos, piernas, pies, cara, dientes y hasta extremidades para animales. ▪ Farmacología Las personas que toman una terapia de precisión (tratamiento específico basado en el genoma y características diferenciales de cada persona) tienen un límite cuando su medicación requiere de dosis mayores que no se encuentran en el mercado. Es por esto que la impresión 3d es una alternativa en la que se pueden diseñar formas de dosificación que son mandadas a imprimir de acuerdo a la demanda. Se ha producido impresiones de diversos medicamentos, estética personalizada y dosis flexibles, lo cual crea realmente un tratamiento personalizado. ▪ Tejidos y órganos La impresión 3d de tejidos y órganos hace referencia al problema de búsqueda de órganos en donadores para implantarlos en el cuerpo de pacientes. Poder producirlos por medio de este medio es ideal para satisfacer la demanda de personas que no encuentran algún donador disponible. Además, la producción de tejidos y órganos es un medio funcional en el que los científicos pueden practicar sus hipótesis y experimentar, sin necesidad de de la utilización de animales de laboratorio Hay alrededor de dos docenas de procesos de impresión 3D, que utilizan tecnologías+ diferentes de impresora, velocidades y resoluciones, y cientos de materiales. Estas tecnologías pueden crear un objeto 3D en casi cualquier forma imaginable como según se defina en un archivo de diseño asistido por ordenador (CAD). La mayor ventaja que las impresoras 3D ofrecen en aplicaciones médicas es la libertad para producir productos hechos a medida y equipos médicos. 3 Por ejemplo, el uso de la impresión 3D para fabricar prótesis e implantes particulares puede proporcionar un gran valor para los pacientes y los médicos. Otro beneficio importante ofrecido por la impresión 3D es la capacidad de producir artículos de forma barata Entre los últimos usos de la impresión 3D está uso en farmacia. Por ejemplo, desarrollado por la compañía farmacéutica con sede en Ohio Aprecia, Spritam levetiracetam es un nuevo medicamento para controlar las convulsiones provocadas por la epilepsia. Pero lo realmente novedoso es que es la primera píldora impresa en 3D. La tecnología ZipDose, utiliza la impresión 3D para crear una píldora más porosa. Su estructura hace que la píldora se disuelva más rápidamente en contacto con el líquido, por lo que es mucho más fácil de tragar que una tableta convencional. El proceso de impresión 3D también permite que los medicamentos sean envasados en dosis precisas, apuntando a un futuro de medicina personalizada. El estudio revela que el 11% de los ingresos de la industria médica proviene de partes impresas en 3D, ya sean implantes o dispositivos médicos. Este creciente interés podría explicarse por la necesidad de personalizar soluciones médicas hoy es por tal razón que la impresión 3D fue una innovación futura pero ahora es una realidad emocionante. Esta tecnología presenta increíbles oportunidades de crecimiento, ya sea para ingenieros o médicos “. Ya se sabe que las tecnologías de fabricación aditiva están cambiando los modos de producción, aunque todavía es difícil competir con ciertos métodos convencionales, y la razón principal es que la velocidad aún se considera lenta. La impresión 3D de grandes series lleva tiempo y aún no aparece como el método preferido para muchos sectores. Sin embargo, el campo médico está muy interesado en esta tecnología con la capacidad de crear soluciones adaptadas a cada paciente. Son casi 7,500 millones de morfologías diferentes a las cuales los médicos deben adaptarse. La impresión 3D médica aparece entonces como una nueva solución para crear dispositivos personalizados que satisfagan las necesidades de los pacientes. La firma estadounidense Allied Market Research calculó que el mercado de la impresión 3D médica alcanzará los $ 2.3 mil millones en 2020. Este crecimiento podría explicarse por las oportunidades en términos de personalización que ofrece la fabricación aditiva. Para crear prótesis, implantes, para preparar mejor una operación quirúrgica o para fabricar dispositivos médicos que faciliten ciertas operaciones sensibles, como guías quirúrgicas u otras ayudas visuales. Un implante está destinado a reemplazar un órgano durante un largo período de tiempo o a complementar una o más de sus funciones. Por lo tanto, por definición, está totalmente adaptado al paciente y su anatomía. La personalización consume mucho tiempo y es costosa cuando se trata de usar métodos de fabricación tradicionales. Aquí es donde la impresión 3D médica es útil y ayuda a diseñar implantes personalizados. Varios jugadores también han comenzado en este sector y usan tecnologías 3D para fabricar dispositivos médicos personalizados un ejemplo de ello es el startup francés, AnatomikModeling, que diseñó la primera prótesis traqueobronquial utilizando tecnologías 3D. Su director general, Benjamín Moreno, explicó: «El uso de la impresión 3D tiene varias ventajas: se puede pasar directamente del modelo digital en 3D al modelo anatómico físico en 3D, manteniendo una muy buena precisión. Ahorrar tiempo es importante sobre todo si es con costos reducidos. Esto permite entrar completamente en la era de la personalización de dispositivos médicos. También es posible hacer modelos anatómicos en 3D con formas geométricas muy complejas que serían muy difíciles de obtener a través de las técnicas de fabricación tradicionales. Mediante el uso de la impresión 3D médica, los fabricantes de prótesis e implantes pueden crear soluciones con las dimensiones correctas, con un diseño complejo y a un costo menor. En cuanto a la durabilidad de los dispositivos médicos creados, incluso si el número de ejemplos es aún bajo en comparación con los métodos tradicionales, se puede citar el ejemplo de copas de titanio en 3D que siguen siendo tan efectivas después de ser colocadas en el paciente. Esto evita que el paciente cambie el implante cada década, lo que facilita su vida diaria y la ahorra las incómodas cirugías. Finalmente, la impresión 3D médica también ha permitido automatizar el proceso de creación de prótesis auditivas y dentales. Según el fabricante EnvisionTEC, el número de pasos necesarios para fabricar auriculares ha aumentado de 9 a 3 en solo unos pocos años. Continúa para detallarlos: el audiólogo primero escanea la oreja del paciente con un escáner 3D para crear una impresión auditiva. Con estos 100,000- 150,000 puntos de referencia, el análisis se envía a un modelador que da forma a un modelo. Cuando ha terminado, se imprime a partir de una resina y estará equipado con los componentes necesarios. El fabricante estima que ahora se pueden imprimir 65 prótesis por hora . Los errores médicos son la tercera causa de muerte en los Estados Unidos, una cifra alarmante que podría reducirse gracias a las tecnologías 3D. Esto se convierte también en un medio para implementar rápidamente modelos quirúrgicos con imágenes del paciente, lo que permite a los cirujanos, y en general a los médicos aprendices, entrenar antes de la cirugía y limitar los errores. Estos modelos anatómicos impresos en 3D también se pueden presentar al paciente antes de su operación para que visualice todos los pasos de la operación, una forma de mejorar también la relación entre el médico y el paciente. Thomas Marchand, CEO de la start-up francesa BIOMODEX explica que la impresión 3D «les permite ofrecer una alternativa real a las soluciones de capacitación quirúrgica que no son satisfactorias hoy en día (capacitación en pacientes, partes anatómicas de cadáveres o animal que plantea problemas éticos y logísticos). A través de una plataforma web, el médico puede cargar imágenes médicas de su paciente, desde escáneres, MRI o ultrasonido. Unos días después recibirá de BIOMODEX un órgano sintético en el que se puede entrenar, elegir el enfoque adecuado, la estrategia de funcionamiento correcto y las prótesis adaptadas al paciente (tamaño y posición). «Algunos de los patrones impresos en 3D, los más exitosos podrían incluso imitar el sangrado, acercándose lo más posible a la realidad, lo que aumentaría la precisión y la eficiencia de los procedimientos quirúrgicos. El objetivo es reducir la cantidad de errores médicos mejorando el entrenamiento de los cirujanos. Ya no se utilizarían animales o cadáveres lo que actualmente presenta problemas logísticos, pero especialmente éticos. El Dr. Ahmed Ghazi, profesor asistente en el Departamento de Urología de la Universidad de Rochester comenta: «Los cirujanos son como los pilotos. Para todos, debemos pasar por el paso de quitar un 747, solo, por primera vez. Para un cirujano, realizar una operación de la A a la Z en perfecta autonomía también es obligatorio. Los pilotos se están preparando con simuladores de vuelo, pero hasta ahora los cirujanos no tenían un sistema de simulación válido. Aún restringida a aplicaciones de investigación, la bioimpresión es una tecnología en rápido desarrollo que ha estado creciendo significativamente en los últimos años. Este es un método que permite crear estructuras celulares con una impresora 3D específica, que brinda la capacidad de diseñar órganos vivos. Aunque no son funcionales a largo plazo, debemos destacar todos los progresos realizados. La compañía estadounidense Organovo, por ejemplo, es una de las líderes del sector; desarrolló tejido óseo e injertó tejido hepático mediante bioimpresión. Aspect Biosystems, por su parte, fabricó una bioimpresora llamada RXI, capaz de fabricar tejido humano a medida fisiológicamente complejo. Un avance que probaría diferentes medicamentos en órganos especialmente creados para la ocasión, pero también realizará trasplantes de órganos sintéticos. Entre las diferentes aplicaciones de la impresión 3D médica, la bioimpresión ofrece la oportunidad de crear piel, lo que ayuda a tratar lesiones graves y ayuda a los pacientes en su recuperación. Marc Jeschke, un cirujano plástico, nos explicó: Una vez que se puede crear piel sintética a partir de las células de un paciente, cambia por completo la situación porque se puede operar muy rápidamente. Pensamos en el progreso realizado por los investigadores en Corea del Sur, que combinó dos métodos de impresión, extrusión e inyección de tinta, lo que les permitió crear piel a base de colágeno con una membrana de policaprolactona. Incluso si los desarrollos todavía están en sus inicios, la bioimpresión de la piel podría modificar el sector quirúrgico, pero también el campo de los cosméticos, donde los productos podrían probarse directamente en piel bioimpresa. Otra parte prometedora de la impresión 3D médica es la posibilidad en algunos años de ver los medicamentos impresos en 3D. La tecnología está ahí pero el problema es más regulatorio. La industria farmacéutica está altamente regulada y se deben cumplir muchos requisitos para colocarla en el mercado. La empresa FabRx, sin embargo, parece convencida de las oportunidades que ofrece la impresión 3D en este mercado; apunta a producir medicamentos impresos en 3D. Uno de sus investigadores, el Dr. Álvaro Goyanes, nos explicó que «poder crear tabletas o dispositivos médicos simplemente modificando un archivo 3D ofrece muchas oportunidades. Lo más simple es poder cambiar el tamaño o el llenado (es decir, el porcentaje de material dentro del objeto) y así cambiar la masa de la tableta y, por lo tanto, la dosis del medicamento. Por lo tanto, es posible ajustar la dosis de cada medicamento de acuerdo con el paciente, mucho más fácil y rápidamente. Un avance particularmente interesante en pediatría según Álvaro, donde la edad y el peso del niño tienen una gran influencia en la forma en que se administra el medicamento. El médico agrega que «sería posible combinar en una tableta dos o más medicamentos, reduciendo la cantidad de tabletas que una persona tiene que tomar, lo que es especialmente importante en los ancianos». Con respecto a la tecnología de impresión utilizada, FabRx utiliza un proceso similar al sinterizado selectivo, y es el polvo el que se contendría el medicamento. Álvaro afirma: «Dependiendo de los materiales que seleccionamos, podemos lograr una liberación muy rápida o una liberación dirigida del fármaco en regiones específicas del tracto gastrointestinal. FabRx quiere equipar algunos hospitales con impresoras 3D en 2 años. Uno de los principales desafíos será la regulación; el fabricante de medicamentos dice que aún no conoce los pasos del proceso de validación. Si la impresión 3D del medicamento se considera un paso de fabricación, se someterá a un control y una regulación mucho más alta; si se considera un paso de composición, la regulación será menos estricta. Lo cierto es que el campo de la impresión 3D médica se reserva un futuro brillante para la aparición de la fabricación aditiva. En los próximos 10 años, el campo de la medicina habrá evolucionado gracias al rápido desarrollo de la tecnología y tal vez veamos los primeros órganos funcionales biompresos, una innovación digna de las mejores películas de ciencia ficción. 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, Micky Eveling, 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 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 Hay muchas tecnologías que ayudan a mejorar la salud de la humanidad, pero 6 de ellas se destacan por sus grandes y potenciales impactos. Ellas son la Inteligencia Artificial, El Cuidado de Salud Virtual, Nanomedicina, Realidad Virtual, Cirugía asistida por Robots y la Impresión 3D Médica.



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