Órganos impresos, bisturíes a medida y otras aplicaciones médicas de la impresión 3D

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Pedro Jesús Navarrete Segado, IMDEA MATERIALES

Una de las tecnologías que más impacto ha tenido en los avances en medicina de los últimos años ha sido la impresión 3D. En la década de los 90 se comenzó a utilizar en la producción de implantes dentales y prótesis personalizadas, sorprendiendo incluso a su inventor, Charles Hull, quien no anticipaba un uso tan beneficioso en el ámbito médico.

Hoy día, la impresión 3D permite crear prótesis más avanzadas, como órganos artificiales y brazos protésicos controlados mediante estímulos cerebrales. También se ha mejorado la precisión en los procedimientos quirúrgicos gracias a la producción de modelos anatómicos y herramientas adaptadas, lo que ha contribuido a optimizar el resultado de las intervenciones. Por si fuera poco, la impresión 4D también promete nuevas oportunidades en regeneración de tejidos y cirugías reconstructivas.

Además, la lucha contra el cáncer ha experimentado avances significativos gracias a la impresión 3D. Recientemente, la Unidad de Tecnologías Avanzadas en Diseño e Impresión 3D (UTADI 3D) del Hospital 12 de Octubre de la Comunidad de Madrid ha implementado moldes impresos en 3D en sus tratamientos oncológicos. Estos moldes mejoran la precisión y seguridad del tratamiento radioterápico ofreciendo así una atención personalizada y de vanguardia en el campo de la medicina.

Prótesis con mayor adaptabilidad y confort

En el campo de las prótesis médicas, el avance de esta tecnología permite producir piezas adaptadas a la anatomía única de cada paciente, siendo cada vez más sofisticadas, funcionales, cómodas, livianas y estéticas.

Hace poco, los investigadores de ETH Zurich, en colaboración con la empresa estadounidense Inkbit, alcanzaban un hito al perfeccionar el proceso de fabricación, lo que ahora permite la creación de órganos artificiales utilizando diversos materiales. Estas prótesis cuentan con tendones bioinspirados y poseen un mayor rango de movimiento en los dedos, todo ello logrado mediante un único proceso de impresión.

Entretanto, una startup de ingeniería con sede en Nueva York llamada Esper Bionics ha creado un brazo protésico que utiliza un sistema denominado interfaz cerebro-computadora (BCI, por sus siglas en inglés) basado en electromiografía, un sistema tecnológico que recopila la actividad cerebral para activar el movimiento de la prótesis.

Con la Organización Mundial de la Salud estimando un creciente número de personas que necesitan prótesis, la adopción de la impresión 3D mejorará el acceso para un mayor número de individuos, especialmente en áreas remotas, reduciendo el coste y tiempo de producción. Las prótesis más comúnmente impresas incluyen brazos, piernas, cara, ojos, dientes e incluso extremidades para animales.

Modelos e instrumentos quirúrgicos más precisos

La impresión 3D está transformando la manera en que los médicos se preparan, planifican y llevan a cabo procedimientos quirúrgicos complejos.

Mediante la creación de modelos anatómicos precisos a partir de imágenes médicas, como resonancias magnéticas o tomografías computarizadas, los cirujanos pueden visualizar con mayor claridad la anatomía del paciente y practicar procedimientos antes de llevarlos a cabo en el quirófano. Esto reduce los tiempos de operación, minimiza los riesgos y mejora los resultados para los pacientes.

Los investigadores ya trabajan en la producción de nuevos modelos quirúrgicos aún más precisos y realistas. El Instituto de Medicina de Hangzhou (China) está a la vanguardia de la impresión 3D de modelos plásticos personalizados de hígado con capacidad de autocuración. Gracias a sus capacidades de autocuración, estos modelos pueden ayudar a encontrar un trazo de corte óptimo después de varios intentos para resecciones o extirpaciones tumorales. Un avance que podría mejorar notablemente la seguridad y eficiencia de las operaciones en cirugía oncológica.

Asimismo, la capacidad de imprimir en 3D instrumentos quirúrgicos significa que pueden ser adaptados a las necesidades específicas de cada paciente y cirugía. Actualmente ya se emplea la impresión 3D para producir guías quirúrgicas de corte y perforación. Estas guías juegan un papel fundamental en las cirugías de oncología ortopédica, permitiendo cortes geométricos precisos y minimizando la exposición y disección adicional. Esto a su vez reduce la dependencia en los sistemas de navegación intraoperatoria, que guían al cirujano durante la operación.

Como resultado del aumento de la demanda de avances tecnológicos en instrumentos quirúrgicos, técnicas, recursos impresos en 3D y atención médica individualizada, y debido a los avances tecnológicos en el campo médico, el mercado de modelos y herramientas quirúrgicas impresas en 3D está en aumento. Una población envejecida y la demanda global de cirugía mínimamente invasiva impulsan la participación en la industria.

Hacia la impresión 4D

Hoy en día, la bioimpresión combina células y biomateriales para la creación de tejidos y órganos vivos que pueden servir tanto para reemplazar estructuras dañadas o envejecidas, como para sustituir a los modelos animales en ensayos farmacológicos o en la generación de modelos de enfermedades.

En 2020, investigadores de la Universidad de Hallym (Corea) consiguieron imprimir un hidrogel de fibroína de seda fotocurable que sustituía a la tráquea dañada en un modelo animal. Éste contenía células del tejido cartilaginoso y células madre procedentes de la médula ósea para imitar el tejido de la tráquea. La estructura fue diseñada para ser capaz de cambiar su forma facilitando su implantación y la reparación de los defectos de manera efectiva.

La técnica, conocida como impresión 4D, permite imprimir objetos tridimensionales capaces de autoensamblarse mediante estímulos externos, como campos magnéticos, y ejercer una fuerza controlada sobre el tejido circundante.

Actualmente, en el Instituto IMDEA Materiales de la Comunidad de Madrid, trabajamos en proyectos relacionados con el uso de la impresión 4D en medicina. El proyecto BIOMET4D, financiado por el Consejo Europeo de Innovación, pretende desarrollar una nueva generación de implantes con propiedades dinámicas para restaurar tejidos, aplicables en cirugías reconstructivas en afecciones como la craneoestenosis, por la cual los huesos del cráneo del bebé se cierran prematuramente.

No cabe duda de que la impresión 3D y 4D, con su capacidad para personalizar tratamientos y mejorar la eficiencia operativa, está transformando no solo cómo los médicos abordan la atención al paciente, sino también cómo los pacientes experimentan su tratamiento y recuperación. A medida que avanzamos, es probable que continúe siendo una fuerza motriz en la innovación médica y que con cada avance nos acerquemos a un futuro donde la medicina personalizada sea la norma y no la excepción.The Conversation

Pedro Jesús Navarrete Segado, Investigador postdoctoral, Impresión 3D y Biomateriales, IMDEA MATERIALES

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.