Impresión 3d en medicina

Kaiba Gionfriddo nació prematuramente en 2011. Después de 8 meses, el desarrollo de sus pulmones era preocupante, aunque fué dado de alta porqué su respiración era normal. Seis semanas más tarde, Kaiba dejó de respirar y se puso azul. Se le diagnosticó traqueobroncomalacia, que significa que su tráquea era demasiado débil y colapsó. Se le practicó una traqueotomía y se le conectó un respirador – el tratamiento en medicina convencional. Aun así, Kaiba dejaba de respirar casi a diario. Su corazón también se paraba. Entonces, sus médicos imprimieron en 3D un dispositivo bioreabsorbible que al momento ayudó a Kaiba a respirar. Este caso está considerado el primer ejemplo de cómo la impresión 3D customizada está transformando la sanidad que conocíamos hasta ahora.

Desde la historia de Kaiba, la impresión 3D en medicina se ha disparado. Y la lista de objetos que se han impreso con éxito en este campo demuestra el potencial que tiene esta tecnología en el futuro próximo.

1. Tejidos con vasos sanguíneos:

Investigadores de la Universidad de Harvard están haciendo grandes progresos en bioimpresión de vasos sanguíneos, un paso crucial para imprimir tejidos con riego sanguíneo. El laboratorio de la Dra. Jennifer Lewis diseñó una impresora 3D a medida y una tinta disolvente para crear una muestra de tejido conteniendo células epiteliales  entretejidas con material estructural pudiendo funcionar como vasos sanguíneos.

2. Piezas prostéticas low–cost:

La creación de prótesis tradicionales es muy lenta y destructiva, ya que cualquier modificación de las prótesis destruiría los moldes originales. Además, el coste de las prótesis tradicionales es una barrera significativa para quienes carecen de recursos significativos. Investigadores de la Universidad de Toronto, en colaboración con Autodesk Research y CBM Canadá, utilizaron la impresión 3D para producir rápidamente prótesis baratas y fácilmente personalizables para pacientes en el tercer mundo, particularmente en Uganda. Del mismo modo, «Not Impossible Labs» llevó impresoras 3D a Sudán, donde el caos de la guerra ha dejado a muchas personas con miembros amputados. El fundador de la organización, Mick Ebeling, capacitó a los lugareños a operar la maquinaria, crear extremidades específicas de pacientes y adaptarse a estas nuevas y muy económicas prótesis. Este trabajo también está siendo impulsado de manera bastante significativa por dos grandes organizaciones, Robohand y E-Nable, cuyas prótesis 3D imprimibles han proliferado con muchísimo éxito.

3. Medicamentos:

Lee Cronin, un químico de la Universidad de Glasgow, quiere hacer por el descubrimiento y distribución de medicamentos recetados lo que Apple hizo por la música. En una TED Talk Cronin describe un prototipo de impresora 3D capaz de ensamblar compuestos químicos a nivel molecular. Los pacientes irían a una farmacia en línea con su receta digital, comprarían el modelo y la tinta química necesaria, y luego imprimirían el medicamento en casa. En el futuro, Cronin sugiere que podríamos vender no medicamentos, sino más bien planos o aplicaciones. Ya se están haciendo progresos en esta dirección, ya que los investigadores de la Universidad Técnica de Louisiana han impreso dispositivos biocompatibles y biodegradables para suministrar medicamentos para el cáncer de huesos.

4. Sensores a medida:

Los investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis han utilizado escaneos de corazones de animales para crear modelos impresos, alrededor de los cuales se envolvió la electrónica elástica. El dispositivo de silicio se puede «pelar» fuera del modelo impreso y se adjunta a un corazón humano para un ajuste perfecto. Aunque los sensores electrónicos pueden detectar detectores de oxigenación, tensión de deformación cardíaca y temperatura, el siguiente paso es mejorar la electrónica con múltiples sensores, incluyendo aquellos que miden condiciones ácidas para detectar arterias bloqueadas.

5. Maquetas:

Un grupo de investigadores en China y los Estados Unidos han impreso modelos de tumores cancerosos para ayudar a descubrir nuevos fármacos contra el cáncer y para comprender mejor cómo se desarrollan, crecen y propagan los tumores. La creación de modelos específicos de pacientes a partir de tomografías computarizadas y de resonancias magnéticas se amplía desde la investigación médica hasta la aplicación práctica con la capacidad de preparar a los médicos para operaciones, lo que reduce drásticamente los tiempos de cirugía. Y un paso más allá, hay numerosos ejemplos de utilización de los datos de escaneo en medicina para posteriores implantes de impresión 3D hechos a medida para el paciente.

6. Hueso:

En 2011, la profesora Susmita Bose, de la Universidad Estatal de Washington, modificó una impresora ProMetal 3D para unir productos químicos a un polvo de cerámica, creando intrincados andamios que promueven el crecimiento del hueso en cualquier forma. El objetivo del Prof. Bose es, un día, poder implantar el armazón óseo con factores de crecimiento óseo de tal manera que el implante sea disuelto por material óseo natural en estructuras óseas portadoras de carga.

7. Válvulas cardíacas:

Jonathan Butcher, de la Universidad de Cornell, ha publicado una válvula cardíaca que pronto se probará en ovejas. Con una máquina de doble jeringa, fue capaz de imprimir una combinación de alginato, células musculares lisas y células intersticiales de la válvula, para controlar su rigidez.

8. Cartílago de oreja:

Lawrence Bonassar de Cornell usó fotos 3D de orejas humanas para crear moldes para éstas. Estos moldes se llenaron entonces con un gel que contenía células de cartílago bovino suspendidas en colágeno, que mantenían la forma de la oreja mientras las células crecían su matriz extracelular. Bonassar y su equipo han pasado imprimir desde entonces a discos intervertebrales de impresión 3D para tratar las principales complicaciones de la columna vertebral, mientras que los investigadores de Princeton han impreso en 3D su propio oído de colágeno, esta vez, con componentes electrónicos incorporados para audición biónica.

9. Equipamiento médico:

Ahora mismo, la impresión 3D se está llevando a cabo en zonas del mundo afectadas por la pobreza. Debido a la capacidad de fabricar artículos que pueden ser difíciles o costosos de obtener por medios tradicionales, grupos como iLab // Haití han impreso en 3D piezas como abrazaderas de cordón umbilical para los hospitales locales en Haití.

10. Prótesis de cráneo:

Un equipo de cirujanos holandeses en el Centro Médico Universitario de Utrecht reemplazó toda la parte superior del cráneo de una mujer de 22 años con un implante personalizado impreso en plástico. Esta historia también se ha dado en China, donde a un hombre con un cráneo triturado se le implantó un reemplazo de titanio 3D hecho a medida, y en Eslovaquia, donde un hombre con daño cerebral recibió un tratamiento similar impreso en 3D.

11. Piel sintética:

James Yoo de la Escuela de Medicina Wake Forest en los EEUU ha desarrollado una impresora que puede imprimir la piel directamente sobre las heridas de las víctimas de quemaduras. Con la capacidad de escanear una herida, la impresora puede fabricar el número apropiado de capas de piel para rellenarla. La investigación de Yoo fue capaz de demostrar con éxito la viabilidad de una pieza de piel de 10 cm trasplantada sobre un cerdo y desde entonces ha sido financiada por el Ejército de EEUU para utilizar la tecnología en soldados heridos.

12. Órganos:

Organovo anunció recientemente el lanzamiento comercial de sus ensayos de hígado bioimpreso, células de hígado impresas en 3D que pueden funcionar durante más de 40 días. Mientras que, por el momento, el producto se usa para probar nuevos productos farmacéuticos, los altos ejecutivos de Organovo y otros expertos de la industria sugieren que dentro de una década podremos imprimir órganos sólidos como el hígado, el corazón y el riñón. Cientos de miles de personas en todo el mundo están esperando un donante de órganos; imaginaos cómo tal tecnología podría transformar sus vidas.

Fuente: 3dprintingindustry.com

En este TED talk a cargo de Anthony Atala se explican muy bien los pasos que se deben seguir para llegar a imprimir un riñón:

Usando la impresión tridimensional, los científicos han creado minúsculos, intrincados tubos que funcionan como componentes clave de los riñones reales.

Se necesitan muchos más pasos antes de que puedan hacer las piezas de reemplazo de un riñón, pero el resultado es importante porque significa que por primera vez los investigadores han utilizado la impresión tridimensional para hacer el tejido renal que funciona. A corto plazo el tejido artificial podría ser utilizado fuera del cuerpo para ayudar a las personas que han perdido la función renal y para probar la toxicidad de nuevos fármacos, igual que con el hígado del que hablábamos antes.

Los investigadores han estado tratando de crear riñones artificiales desde hace más de 20 años, pero la recreación de la estructura tridimensional compleja y la arquitectura celular del riñón, que son cruciales para su función, son extremadamente dificiles de reproducir. Sin embargo, la necesidad es urgente. Aproximadamente el 10 por ciento de la población mundial sufre de enfermedad renal crónica. Para mantenerse con vida, millones de personas dependen de la diálisis, un procedimiento pesado y que requiere mucho tiempo. Pero las máquinas de diálisis no son tan eficaces como los riñones. Y mientras que aproximadamente 16.000 personas reciben trasplantes de riñón cada año en los EEUU, otros 100.000 están esperando donaciones.

El nuevo tejido de riñón impreso en 3D es el trabajo del laboratorio Jennifer Lewis en Harvard, que ha desarrollado un enfoque innovador para el tejido bioimpreso. La técnica permite a los investigadores imprimir estructuras complejas encontradas en diferentes tipos de tejido humano, así como sistemas vasculares necesarios para mantener vivo dicho tejido. El método de impresión utiliza varios tipos de gel como «tintas». Después de la impresión, los investigadores quitan una de las tintas, dejando los tubos huecos. A continuación, añaden células que maduran en tejido.

Las pruebas de laboratorio muestran que el tejido de ingeniería demuestra la función renal real en un grado que no se ha logrado antes, dicen los investigadores. En particular, fueron capaces de hacer que el túbulo proximal, un componente de un nefrón, la unidad funcional básica del riñón. Nefrones filtran la sangre, manteniendo las cosas útiles para el cuerpo y excretando el resto. Si los científicos pudieran construir un nefrón, en teoría podrían construir los riñones, pero eso requerirá el desarrollo de varias partes interconectadas adicionales, lo que probablemente llevará muchos más años.

Sin embargo, esta parte particular de la nefrona desempeña un papel clave en el proceso de reabsorción de nutrientes, por lo que el tejido impreso podría ser útil desde el punto de vista médico, dice Lewis, científico de materiales y profesor de ingeniería biológicamente inspirada en Harvard. Por un lado, tal tejido podría usarse para probar posibles fármacos; alrededor del 20 por ciento de los fármacos en las pruebas humanas de última etapa fallan porque son tóxicos para los riñones. El tejido artificial también podría usarse en un dispositivo fuera del cuerpo para ayudar en la diálisis renal. Desarrollar un dispositivo de este tipo tardará unos años al menos, dice.

Fuente: MIT Technology Review

13. Artilugios para facilitar la vida de las personas discapacitadas:

Existen diferentes proyectos que se basan en la impresión de objetos que se utilizan como ayuda para personas con movilidad reducida, por ejemplo. Sólo hace falta echar un vistazo a Thingiverse para ver lo que hay:

Otros casos, com es el de Yahoo Japan, se acercan a las personas invidentes imprimiendo sobre todo animales para que los discapacitados visuales puedan tocarlos y saber cómo son con todo detalle.

Los archivos de todos estos (en su mayoría) animales los podéis encontrar en la página de Yahoo Japan en Thingiverse para descargarse gratuitamente.

 

Y por último, hacer hincapié en que no solo los humanos somos los únicos beneficiados con esta tecnología…