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Impresión 3D y sus aplicaciones en la Medicina

Impresión 3D y sus aplicaciones en la Medicina

La tecnología 3D se está volviendo parte de la vida cotidiana y especialistas de muchos campos vigilan de cerca su evolución y potencial. A largo plazo, esta tecnología podría tener un gran impacto en el campo de la medicina, ya que cuenta con numerosas y sorprendentes aplicaciones.Prótesis, implantes, bioimpresión de tejidos, son sólo una muestra de lo que los investigadores pueden hacer con esta tecnología.

En América Latina, los proyectos más avanzados de impresión 3D se realizan en el MADiT (Laboratorio Nacional de Manufactura Aditiva, Digitalización 3D y Tomografía Computarizada), el cual se ubica en el CCADET (Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico). Este laboratorio de la UNAM presta servicios e infraestructura a estudiantes y emprendedores que deseen aprender, investigar y aplicar esta tecnología robótica para aplicaciones paleontológicas, automovilísticas, biomédicas y de otros tipos. Por ejemplo, especialistas del MADiT y de la Unidad de Prótesis Maxilofacial del Servicio de Oncología (en el Hospital General de México Dr. Eduardo Liceaga) ya emplean la técnica de modelado por deposición fundida en la fabricación de implantes para pacientes con cráneos dañados por golpes fuertes o por tratamientos contra el cáncer.

Esto es una muestra de las posibilidades de la tecnología de impresión 3D, e ilustra por qué se impulsa la investigación científica y el desarrollo industrial en esta área. Por ello, es relevante mencionar al menos a las principales aplicaciones de la impresión 3D para la medicina:

1. Ortopedia

La impresión 3D aplicada a la medicina avanza rápidamente en la ortopedia, con la utilización de materiales biocompatibles. El cartílago es un buen tejido para apuntar a la ampliación bioprinting, ya que está formado por un solo tipo de células y no tiene vasos sanguíneos adentro.

En cuanto al biomaterial para regenerar el tejido óseo, investigadores de la Universidad Autónoma de Puebla, en México, desarrollaron uno que es biodegradable y puede imprimirse en 3D con porosidad controlada. El material tiene el potencial para utilizarse como un implante y sustituir pequeñas porciones de hueso. El implante sirve como un relleno, con la capacidad de regenerar las secciones de tejido de hueso natural. “Se utilizan nanopartículas de hidroxiapatita y un polímero compatible con el cuerpo humano que degrada los fluidos fisiológicos, sin embargo, soporta tiempo suficiente para permitir el crecimiento del hueso natural”, mencionó Efraín Rubio Rosas, investigador en el Centro Universitario de Vinculación y Transferencia de Tecnología y líder del proyecto.

Además, el material tiene una porosidad similar a la del hueso humano. Para lograrlo, desarrollaron un modelo matemático, para crear una estructura 3D y patrones computacionales, con el fin de obtener una fibra que se inyecte en la impresora 3D.

La impresión 3D ha permitido la posibilidad de crear implantes de hueso más compatibles y personalizados a un bajo costo. Cráneos y huesos de cualquier parte del cuerpo ya pueden diseñarse bajo esta técnica. Recientemente destacó el caso de una niña de tres años con hidrocefalia que salvó su vida en China, al serle trasplantado un cráneo de titanio obtenido con esta técnica.

2. Odontología

Los dentistas fueron los pioneros en la generación de implantes a través de impresión 3D. Este tipo de tecnología aplicada a la odontología ha aumentado la calidad de las piezas y acelera la producción. Los dentistas poco a poco han mejorado los implantes a través de técnicas con impresión 3D. En esta disciplina se están logrando avances cada vez más importantes.

Actualmente, con impresoras 3D se pueden obtener piezas tanto de plástico como de cera. Las piezas plásticas sirven como modelos de estudio o moldes, mientras que las piezas de cera se utilizan en procesos de ceras perdidas. Mediante estos sistemas, se pueden construir prótesis removibles como las realizadas en aleaciones metálicas de cromo-cobalto.

La odontología digital, en conjunto con la impresión 3D, agrega valor a las tareas relacionadas con la implantología: mediante la tomografía dental se obtienen los datos del maxilar del paciente. Luego, mediante el uso de software especializado, se realiza la planificación pre-quirúrgica de cómo irán ubicados los implantes odontológicos. A partir de este modelo, se podría diseñar e imprimir una guía quirúrgica de perforación personalizada, adecuada a las necesidades individuales de cada paciente.

3. Audiometría

La prótesis auditiva fue el primer ámbito sanitario que utilizó este recurso, incluso antes de que se hablase de impresión 3D. Desde 1998 se vienen fabricando audífonos con máquinas precursoras a este tipo de tecnología, pero con la generalización de este avance y las mejoras técnicas, se ha llegado a un punto en el que el 98% de los aparatos se imprimen con impresoras 3D y una sola máquina puede llegar a imprimir 30 aparatos en hora y media.

Aunque hace tiempo que se habla de la posibilidad de imprimir utilizando como material células vivas, recientemente se dio un paso aún más adelante. Se trata de una oreja totalmente artificial, consistente en dispositivos electrónicos, alojados en una estructura biónica: una estructura tridimensional a forma de esqueleto, con células cartilaginosas que, 10 semanas más tarde, dan lugar a una oreja completa. Incluso posee una antena extremadamente sensible a las microondas, por lo que esta oreja podría convertirse en un buscador de satélites, permitiendo al oído humano escuchar la radio y otras señales electromagnéticas. Solo tendríamos que proveerla de los nutrientes necesarios para sus células (a través de la vascularización) y tras ese paso, podríamos crear también la piel y colocarla sobre una cabeza.

4. Cardiología

Gracias a la tecnología 3D, ya es posible también desarrollar prótesis cardíacas personalizadas, mismas que son adaptadas a cada paciente.

Hace un año, el Hospital de La Paz (México) anunció que su área de Cardiología Pediátrica está trabajando junto a socios tecnológicos como Siemens para desarrollar mediante impresión 3D prótesis cardíacas personalizadas y adaptadas a cada paciente. En este convenio de colaboración científico-tecnológica participa el instituto de investigación del centro, el IdiPaz, junto con los profesionales del área y la compañía alemana.

5. Simulacros para cirugía

En traumatología también se aplica esta tecnología. La aplicación radica en crear modelos de los huesos a operar. De esa manera, se evita la improvisación en los procedimientos quirúrgicos, se reducen los tiempos en quirófano y la recuperación de los pacientes es mucho más rápida. El proceso implica obtener una imagen completa de la lesión con un TAC y enviar los datos a una computadora para que ésta imprima el modelo.

6. Impresión de tejidos (bioimpresión)

La bioimpresión es un procedimiento enfocado al desarrollo de piel y tejidos impresos en 3D. En relación con la piel, la Universidad de Leiden (Holanda) está desarrollando un proceso combinando esta tecnología y las células madre inducidas (iPS) para crear este tejido. Otra vía es la que está estudiando la Facultad de Medicina de la Universidad Wake Forest, donde están desarrollando una impresora 3D con fines militares, la cual puede imprimir piel directamente en pacientes quemados. La “tinta” está fabricada con diferentes tipos de células epiteliales.

7. Impresión de órganos

De momento, ésta es la aplicación más alejada de las posibilidades actuales y que suena más a ciencia ficción. Sin embargo, la impresión de células de hígado es algo que ya se está investigando para la experimentación con fármacos. La compañía estadounidense Organovo estudia la creación de estos órganos, pero en miniatura, con un espesor de medio milímetro y 4 milímetros de anchura. Este experimento es importante pues, en un futuro, podrían crearse estructuras de mayor tamaño, incluyendo las redes de vasos sanguíneos necesarias para nutrirlas.

Antes de que la impresión 3D se vuelva un factor de peso en el crecimiento económico y la competencia tecnológica de los países, habrá de incorporarse en el currículum escolar de futuras generaciones de profesionistas, como ocurrió con las computadoras personales hace unas décadas, pues son los estudiantes quienes identificarán y desarrollarán las necesidades alrededor de esta tecnología.


Fuentes:

- Vazhnov, Andrei, Impresión 3D: Cómo va a cambiar el mundo, Baikal, 2013, [libro gratuito en línea]:  http://institutobaikal.com/libros/impresion-3d/

- Lipson, Hod y Kurman, Melba, La revolución de la impresión 3D, Anaya Multimedia, Madrid, 2014.

- Oscar Salvador Miyamoto Gómez, Impresión 3D, Revista Cómo ves, UNAM:  http://www.comoves.unam.mx/numeros/articulo/203/impresion-3d

- Fundación UNAM: Innovaciones en impresión 3D: http://www.fundacionunam.org.mx/unam-al-dia/la-unam-te-invita-a-conocer-las-innovaciones-en-impresion-3d/

- Revista Sanitaria, Red médica, Las 8 aplicaciones médicas de la impresión 3D:  http://www.redaccionmedica.com/secciones/avances/las-8-aplicaciones-medicas-de-la-impresion-3d-5151

- El Hospital, Nuevos adelantos en impresión 3D para aplicaciones en ortopedia (Pensilvania, Estados Unidos y Puebla, México - Octubre de 2016): http://www.elhospital.com/temas/Nuevos-adelantos-en-impresion-3D-para-aplicaciones-en-ortopedia+116096

- Portal de Odontólogos México, Impresión 3D y odontología digital: http://www.odontologos.mx/odontologos/noticias/noticias.php?id=1281


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