Impresion 3D en la medicina

La impresión 3D, cada vez más presencia en la medicina

El desarrollo de la tecnología de diseño asistido por ordenador (CAD), las técnicas de automatización y el sistema de fabricación aditiva rápida y automática, han avanzado en las últimas décadas; y han permitido innovar en la fabricación de complejas estructuras biológicas a través de impresoras 3D para su uso en las ciencias de la salud.

El ritmo de los descubrimientos en relación con el uso emergente de la tecnología de impresión 3D en la medicina, ha sido sorprendentemente rápido, se estima que en un futuro muy cercano, la impresión de tejidos orgánicos (nerviosos, tejidos cardíacos, segmentos de cartílagos u otros) para la regeneración de órganos, sea mas comun de lo habitual, beneficiando a un gran número de pacientes.

Existen numerosos estudios y avances en el campo de la medicina que demuestran que próximamente se podrán imprimir órganos a la medida de cada paciente, totalmente funcionales y conservando las características anatómicas del órgano original, mediante el uso de distintos métodos de impresión 3D en la medicina. La impresión 3D de células biológicas se conoce como bioimpresión, que combinada con la reingeniería de tejidos y la medicina regenerativa está avanzando hacia un nuevo mundo de posibilidades para los pacientes que sufren de este tipo de enfermedades.

Consideremos la bioimpresión como una ingeniería de células y estructuras biológicas, donde se combinan los principios de biología tisular con los de la ingeniería para producir células y tejidos funcionales que puedan sustituir los tejidos humanos dañados. Con la bioimpresión se imita la estructura y funcionalidad de los sistemas naturales permitiendo utilizar métodos terapéuticos para reparar o restaurar el funcionamiento de un órgano, de un hueso o cualquier otra estructura, con mayor eficacia en relación con el reemplazo por estructuras inorgánicas.

¿Sabes a que hace referencia la bioimpresión?

La bioimpresión es un proceso de fabricación aditiva similar a la impresión 3D, los datos generados por los programas CAD, son importados a las máquinas de impresión, que forman las capas, las acumulan verticalmente y las fusionan para formar el objeto biológico final.

En la bioimpresión se utilizan materiales conocidos como biotintas, que consisten en suspensiones de células vivas, que permiten imprimir tejidos o entes biológicos semejantes a la de los órganos y estructuras del cuerpo humano, que en la actualidad tienen amplia aplicación en la bioingeniería, en la investigación farmacéutica y en la medicina. La fabricación aditiva a través de la impresión 3D en la medicina tiene la capacidad de realizar estructuras predeterminadas, de forma controlada y específica para cada paciente. Para esto, se deben cumplir tres pasos básicos:

1.- Crear un archivo digital para que pueda generar las órdenes de impresión; por lo general el modelo digital se obtiene de resonancias magnéticas o tomografías computarizadas realizadas al propio paciente.

2.- Los científicos preparan los biomateriales que se utilizarán, que sean acordes y compatibles con la estructura que se desea imprimir. Ellos manejarán diversos materiales y equipos dependiendo de la complejidad de la parte biológica a crear.

3.- La estructura fabricada se somete a un proceso llamado reticulación, que mediante el uso de solución iónica o luz ultravioleta logran que sean totalmente estables y, posteriormente se coloca en una incubadora para su conservación o reproducción.

La sinergia entre bioimpresión y las ciencias médicas, traerá grandes ventajas a la medicina regenerativa ayudando a reducir las incapacidades y las limitaciones funcionales del paciente, al ofrecer una posibilidad de crear órganos, células y tejidos que sustituyan los dañados.

Aplicaciones futuras de la impresión 3D en la medicina

Las investigaciones sobre las aplicaciones de la impresión 3D en la medicina aún son muy nuevas, pero no por eso dejan de ser muy prometedoras. A medidas que los descubrimientos avancen seguramente encontrarán muchas más aplicaciones que tendrán gran impacto en la salud de las personas. En el área de nuevos descubrimientos de medicamentos, la bioimpresión ha permitido sustituir los experimentos en animales y humanos, que por lo general son muy elevados y se realizan bajo estrictas normas legales, por tejidos bioimpresos, donde se puede evaluar la acción, la efectividad y los efectos secundarios de un fármaco de manera más rápida, segura y a un coste menor.

Los investigadores en el campo de la medicina trabajan en el desarrollo de células cutáneas artificiales, células hepáticas y neuronas, que en el futuro pudiesen utilizarse para tratamientos terapéuticos y reconstrucción de órganos como la piel, el tejido óseo y en la cirugía plástica. En Holanda, la Universidad de Leiden, está desarrollando investigaciones donde tratan de desarrollar tejidos a través de la combinación de las Células Madre Inducidas con la tecnología de impresión 3D en la medicina, lo que pudiera ser un gran avance para tratar a personas con quemaduras y otras enfermedades degenerativas.

Otra aplicación, es la creación de órganos. Aunque aún es lejano su uso para trasplantes hay grandes avances, con ella los médicos pueden acortar los tiempos de espera de los pacientes que necesitan un nuevo órgano, que en muchas ocasiones forman parte de una interminable lista, lo que reduce su calidad de vida y muchos de ellos ven truncada su posibilidad de sobrevivir.

En cuanto a los trasplantes, en la ciudad de Madrid, el Hospital La Paz y la empresa Siemens han llegado a un acuerdo para promover la investigación científica y tecnológica para crear prótesis personalizadas con la impresion 3D que puedan ser utilizadas en los trasplantes cardíacos. En la industria farmacéutica no se han quedado atrás, y también buscan dar solución a esas personas que necesitan tomar gran cantidad de píldoras y están intentando poder incluir varios principios activos de diferentes fármacos en una sola píldora.

Elementos impresos en 3D que han revolucionado el mundo de la medicina

Como ya se ha mencionado la impresión 3D en la medicina se está consolidando de manera muy rapida en el sector de la salud, por ejemplo, en la cirugía se están creando modelos 3D que pueden ser utilizados como guías quirúrgicos para realizar simulaciones con el objetivo de conocer mejor la enfermedad y optimizar las técnicas de abordaje quirúrgico con lo que perfeccionan las condiciones durante la cirugía real, disminuyendo los riesgos para el paciente.

Fuente: imprimalia3d.com

Las prótesis para las extremidades es uno de los elementos más elaborados con la impresión 3D en la medicina y ha tenido mucha relevancia, no solamente por la disminución de los costes, sino también por el uso de filamentos antibacterianos utilizados con tecnología FDM. Las prótesis o piezas odontológicas que necesitan de gran precisión y calidad pueden ser realizadas mediante la impresión 3D en la medicina con resinas biocompatibles. Ahora los tratamientos odontológicos son menos dolorosos y las piezas son fabricadas de manera exclusiva; también se pueden fabricar herramientas con mayor precisión para colocar placas, tornillos o implantes.

Las prótesis auditivas, fueron uno de los primeros elementos creados con impresión 3D en la medicina. En la actualidad casi el 100% de estas prótesis son elaboradas con estas tecnologías 3D de forma rápida y segura. También se están produciendo férulas que incluyen un sistema de electroestimulación, manejado a través de una aplicación móvil que permite la inmovilización de una zona fracturada y a su vez la rehabilitación, reduciendo el coste y el tiempo de recuperación.

Gracias a la impresión 3D en la medicina, hoy por hoy, se pueden desarrollar estructuras en titanio para implantes, como por ejemplo el implante ortopédico de cadera, donde las piezas son totalmente personalizadas y conservan la estructura anatómica propia del paciente. En el año 2018 en China, se realizó un implante de la mandíbula inferior de un niño creada gracias a la tecnología 3D. Otro implante que ha sido muy nombrado fue el realizado a una mujer en su cráneo, tras una cirugía por un tumor cerebral, se creó la estructura en base a titanio, calcio y plástico.

Tecnologías de impresión 3D en la medicina

Existen diferentes métodos de bioimpresión basados en tecnologías de inyección de tinta, extrusión, laser o acústica, entre otros, que utilizan biotintas que contienen organismos vivos mezclados con biomateriales, de gran importancia biológica para las aplicaciones emergentes en las ciencias médicas. A continuación, te contamos algunas de las tecnologías de impresión 3D en la medicina:

1.- Bioimpresión de inyección de tinta: Consiste en depositar capas de biotinta o biomateriales sobre una placa de cultivo o un substrato de hidrogel, en esta técnica se puede utilizar una impresora FDM modificada. Existen dos métodos de bioimpresión de tinta, conocidos como método término y el método piezoeléctrico. Con el uso de esta tecnología, los científicos han tenido grandes avances en la impresión de ADN con lo que se abre un nuevo camino hacia las investigaciones de enfermedades como el cáncer y su tratamiento. Empresas especializadas en bioimpresión de tinta como Organovo han logrado impresión 3D en la medicina de tejido hepático funcional, empleado para reparar el órgano hasta que el paciente logre su trasplante.

2.- Bioimpresión por extrusión: Es la técnica más popularizada, consiste en la extrusión de la biotinta mediante boquillas para formar la parte biológica 3D. Permite imprimir con hidrogeles de diferente viscosidad, realizar modelos tridimensionales a gran escala y con altas densidades celulares.

3.- Bioimpresión acústica: Utiliza ondas acústicas, que son emitidas mediante un dispositivo denominado pinzas acústicas, que permiten crear gotas de biotinta de tamaño controlado, a partir de fluidos viscosos.

4.- Bioimpresión asistida por láser: La fuente de energía en esta tecnología de impresión 3D es un láser y los biomateriales son depositados en un receptor. La función de los rayos láser es permitir que las biotintas líquidas se evaporen y lleguen al receptor que contienen el biopolímero, en forma de gotas.

Las ventajas de la bioimpresión asistida por láser, es que no necesita boquillas por lo que se evita el contacto disminuyendo la posibilidad de contaminación de la estructura fabricada, adicionalmente es una técnica que favorece la precisión.

Tendencias de la impresión 3D en la medicina

Gracias al desarrollo tecnológico 3D en estas últimas décadas, y la impresion 3D en la medicina hoy en día se avanzan a pasos agigantados hacia la creación de estructuras orgánicas a medida de los pacientes y con el uso de sus propias células, lo que podría garantizar en un futuro no muy lejano la aceptación de los órganos trasplantados o las estructuras implantadas, garantizando la eficacia de la recuperación del paciente.

El desarrollo de investigaciones en el campo de la regeneración celular y en la investigación de nuevos tratamientos para enfermedades altamente incapacitantes, están marcando una nueva tendencia en la medicina del futuro. Hoy por hoy, a nivel mundial, muchas empresas, universidades y laboratorios están explorando el campo de la impresión 3D en la medicina y hacen su mayor esfuerzo para despejar las incógnitas que lo rodean.

Uno de los grandes retos al que se enfrenta el uso de esta tecnología, ademas de al logro de las características anatómicas y funcionales, compatibilidad y limitación del rechazo de las estructuras orgánicas creadas con impresión 3D en la medicina, es el alto coste que acarrea la personalización de las estructuras, lo que pudiera limitar el acceso de los pacientes a esta tecnología 3D.

Por otro lado, este auge de la bioimpresión también conlleva al desarrollo de materiales y bioenlaces más seguros y que pueden combinarse para la creación de los órganos y estructuras perfectamente funcionales, potenciando el campo de aplicación en la medicina y otras ciencias naturales.

A manera de resumen pudiéramos englobar los usos de la impresión 3D en la medicina en tres grandes grupos:

• Creación de modelos anatómicos e implantes.
• Planeación preoperatoria.
• Investigación científica.

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