Impresión médica en 3D

Las impresoras 3D ayudan al sector médico de tres maneras fundamentales:

• Mejora de los resultados de los pacientes
• Ahorro de tiempo y costes
• Aceleración del ciclo de investigación y desarrollo

La libertad de producir objetos específicos para el paciente es lo contrario de los métodos tradicionales que se basan en implantes, herramientas y prótesis (miembros artificiales) producidos en masa y estandarizados.

La fabricación de productos únicos por encargo no es un concepto nuevo, pero suele tener un coste prohibitivo y un largo plazo de entrega (el periodo entre el pedido y la entrega).

Sin embargo, con la impresión 3D, el coste de producción de un objeto es el mismo que el de la fabricación de miles de ellos, independientemente de lo exclusivo o complejo que sea el artículo. Además, la producción puede llevarse a cabo más cerca de donde está la demanda, en lugar de en una fábrica en otro continente. Esto reduce enormemente los plazos de entrega y permite un proceso de fabricación más ágil e iterativo.  

La impresión médica en 3D también comprime los plazos de investigación y desarrollo al reducir el tiempo entre las mejoras del diseño, lo que permite realizar más pruebas en el mismo período de tiempo o en uno más corto y poner de manifiesto posibles problemas en una fase más temprana del proceso.

Durante la pandemia de Covid-19, el mundo se enfrentó a una escasez crítica de productos médicos esenciales debido al aumento de la demanda y a las interrupciones en la fabricación y el transporte. Los artículos más necesarios eran los más escasos, es decir, los equipos de protección individual (EPI) y los respiradores.

La flexibilidad y la velocidad de la impresión 3D hicieron que la tecnología pasara a primer plano durante este tiempo, y muchas organizaciones pusieron las impresoras a trabajar para producir artículos muy necesarios.

Photocentric, con sede en el Reino Unido, fue un ejemplo de ello. La empresa utilizó su tecnología de impresión 3D médica patentada para suministrar rápidamente millones de protectores faciales para proteger a los trabajadores de primera línea. Su almacén de Peterborough se transformó en una fábrica racionalizada, construida a propósito, donde una flota de 45 impresoras de gran formato fabricaba más de 50.000 componentes al día.

Según un portavoz de Photocentric, el éxito demuestra que la impresión 3D médica ya no está reservada para la creación de prototipos lentos y costosos, sino que puede fabricar la cantidad necesaria, cuando se necesita, donde se necesita y a un precio competitivo.

La impresión médica en 3D abarca muchas disciplinas y sirve para un amplio espectro de necesidades. Las cuatro más comunes son   

PRÓTESIS

Una prótesis mal ajustada puede afectar en gran medida a la salud y a la vida diaria del paciente, provocando dolor, llagas y ampollas y un mayor riesgo de sufrir una caída u otro accidente. Las consultas adicionales o incluso las cirugías para mejorar el ajuste cuestan al paciente y al profesional sanitario tiempo y dinero adicionales.

La combinación de escáneres digitales de alta definición e impresoras 3D permite crear una prótesis cómoda y asequible que se adapte perfectamente a la anatomía o lesión única del paciente.

Esto elimina la necesidad de realizar mediciones manuales y fabricar moldes, aumentando la precisión y la eficacia del proceso. Esto permite un diseño y una entrega significativamente más rápidos de soluciones personalizadas, desde dispositivos sencillos hasta creaciones complejas y multiarticulares.

La impresión médica en 3D se utiliza principalmente para producir las partes de la prótesis que entran en contacto directo o interactúan con el cuerpo del paciente. Las técnicas de fabricación y los materiales tradicionales suelen utilizarse para producir los demás componentes y estructuras de soporte.

IMPLANTES (ORTOPÉDICOS, ORTODÓNTICOS Y DENTALES)

Al igual que las prótesis, un implante mal ajustado puede tener un impacto negativo en el bienestar del paciente. La impresión médica en 3D permite a los cirujanos crear implantes personalizados que se utilizan para sustituir o reforzar huesos y articulaciones.

La capacidad de crear estructuras complejas con una impresora 3D ha mejorado el diseño de los implantes ortopédicos, por ejemplo, al proporcionar mejores superficies de unión al hueso y materiales más duraderos.

Algunos estudios han demostrado que las estructuras y mallas impresas en 3D, dependiendo del material de impresión utilizado, pueden durar más tiempo, rendir mejor y ofrecer mayor funcionalidad que los implantes tradicionales de titanio y cerámica de circonio.

Los implantes dentales, como las dentaduras postizas, las fundas y la reparación ósea, son desde hace tiempo una parte vital de la odontología. Al igual que con otras aplicaciones, la impresión médica en 3D permite a los dentistas personalizar y producir implantes con mayor velocidad, precisión y eficiencia y un ajuste superior.

La tecnología también permite un mejor control de la estructura del implante, y los dentistas pueden elegir entre materiales resistentes como la cerámica, los polímeros y los compuestos.

MODELOS ANATÓMICOS

Los cirujanos utilizan técnicas digitales de escaneado e imagen en 3D para planificar exhaustivamente los procedimientos quirúrgicos antes de realizarlos. Los equipos de ultrasonidos, resonancia magnética (RM) y tomografía computarizada (TC) proporcionan habitualmente imágenes internas muy detalladas. Sin embargo, estas imágenes suelen verse en una pantalla 2D que limita la visibilidad y la comprensión de las estructuras anatómicas circundantes.  

Las impresoras 3D utilizan estos archivos digitales para construir modelos ultrarrealistas y precisos a escala 1:1 de un órgano o parte del cuerpo. Estos modelos permiten a los médicos planificar y ensayar mejor las acciones con antelación. Esto es especialmente beneficioso para los procedimientos más complicados o los que el equipo quirúrgico no ha realizado de forma rutinaria.

Practicar los procedimientos hace que las intervenciones quirúrgicas sean más seguras, rápidas, precisas y personalizadas, lo que se traduce en mejores resultados para los pacientes. Además, estos modelos pueden mostrarse durante las consultas preoperatorias para explicar mejor a los pacientes cuál es su situación médica y el tratamiento.  

Los modelos también proporcionan a los estudiantes de medicina y a los médicos noveles una formación más completa. Poder sostener, inspeccionar y manipular modelos de tumores, fracturas, anomalías y otras lesiones del mundo real ofrece la oportunidad de comprenderlos mejor y, por tanto, de tratarlos.

INSTRUMENTOS QUIRÚRGICOS

Las guías de corte y perforación ayudan a los cirujanos a colocar los implantes con mayor precisión, eficacia y seguridad. Como resultado, los procedimientos son más rápidos, menos invasivos y requieren un menor tiempo de rehabilitación del paciente.

La impresión médica en 3D está sustituyendo rápidamente a los métodos convencionales de producción de estas guías, ya que es más rápida, más fácil, puede realizarse in situ y, lo que es más importante, puede personalizarse según la morfología exacta del paciente.

Los instrumentos quirúrgicos o médicos que se han impreso en 3D incluyen una amplia gama de fórceps, retractores, pinzas y mangos de herramientas. La principal ventaja de un instrumento impreso en 3D es la facilidad con la que puede adaptarse a los requisitos de un cirujano concreto, a diferencia de las guías impresas en 3D, cuya principal ventaja es la facilidad con la que pueden adaptarse a un paciente concreto.

En algunos casos, un médico puede dar su opinión sobre un instrumento impreso en 3D y tener una versión revisada en sus manos ese mismo día.

Bradley nació con un tumor en el corazón y fue sometido a varias operaciones a corazón abierto, incluyendo la colocación de un desfibrilador para protegerle de la muerte súbita. A los 16 años, volvió a ingresar en el hospital para someterse a una nueva intervención con el fin de detener las interferencias eléctricas causadas por el gran tumor.

En busca de información adicional sobre la mejor manera de tratar su tumor, el equipo médico se puso en contacto con el proveedor de servicios de impresión 3D Materialise para crear una réplica impresa en 3D del corazón de Bradley a partir de los datos de su tomografía.

El modelo permitió a los médicos comprender mejor la compleja relación entre el tumor (impreso en un material duro y opaco) y las estructuras anatómicas circundantes (impresas en un material flexible y transparente).

Con el modelo, el equipo pudo proceder con confianza a la cirugía y también permitió a Bradley y a su familia comprender mejor su singular anatomía.

La investigación constante hace que siempre surjan nuevas aplicaciones para la impresión médica en 3D. Entre las áreas que se espera que experimenten un crecimiento significativo en los próximos cinco a diez años se encuentran

MEDICINA PERSONALIZADA

Los medicamentos impresos en 3D están acelerando el paso de la industria farmacéutica desde el tradicional método de producción de gran volumen y tamaño único hacia un modelo más personalizado y preciso.

La principal ventaja de utilizar impresoras 3D para producir medicamentos es la posibilidad de fabricar pequeños lotes de cualquier forma y tamaño con dosis establecidas para cada paciente. La impresión de medicamentos a la carta reduce drásticamente los residuos, los costes y el tiempo, sobre todo en el desarrollo de nuevos fármacos.

Pfizer calcula que sacar un nuevo medicamento al mercado lleva una media de 12 años y cuesta más de mil millones de dólares. Además, por cada 10-20 medicamentos identificados en el laboratorio, sólo uno llegará a los pacientes. Los demás fracasarán en el camino por diversas razones.

La impresión médica en 3D aumenta la velocidad y la asequibilidad de los ensayos clínicos de medicamentos, ya que los lotes de prueba pueden fabricarse en pequeñas cantidades en lugar de producirse en masa. Con el tiempo, podríamos ver impresoras 3D instaladas en farmacias, hospitales y clínicas, especialmente en zonas remotas, produciendo medicamentos personalizados cuando se necesiten. 

DISPOSITIVOS MÉDICOS

Más del 90% de las 50 principales empresas de dispositivos médicos utilizan la impresión 3D para crear prototipos de alta velocidad y bajo coste de dispositivos médicos, así como plantillas y accesorios para simplificar las pruebas, según el especialista en impresión 3D Formlabs.

Más allá de la creación rápida de prototipos, la impresión 3D médica se está utilizando para producir componentes y carcasas para dispositivos médicos de uso final y, en algunos casos, el propio dispositivo completo. Esta capacidad pasó a primer plano a raíz de Covid-19, cuando las alternativas impresas en 3D a los suministros de origen tradicional se convirtieron en algo habitual; los hisopos nasales son sólo un ejemplo.

Otros dispositivos médicos impresos en 3D son inhaladores, inyectores, portaagujas, bandejas de herramientas quirúrgicas, férulas y equipos de pruebas. La tecnología también está mejorando los procesos de fabricación tradicionales mediante la producción de herramientas a medida, como modelos, patrones, moldes y matrices para su uso en una serie de máquinas de moldeo y fundición.

BIOIMPRESIÓN

La bioimpresión en 3D es similar a la impresión en 3D, salvo que imprime capas de células vivas, conocidas como biotinta, en lugar de plástico o metal. La biotinta se utiliza para crear tejido cutáneo artificial, hueso, vasos sanguíneos y, potencialmente, órganos completos utilizados para trasplantes, injertos, formación o investigación.

La bioimpresión aún está en pañales debido a la complejidad que entraña la reproducción de material vivo, sobre todo de órganos como corazones, hígados y riñones. Sin embargo, se están produciendo avances gracias al trabajo pionero de universidades, investigadores y empresas privadas de todo el mundo.

Lo que les motiva es la perspectiva de eliminar la necesidad de órganos donados y el riesgo de rechazo mediante la impresión en 3D de nuevos órganos con las propias células del paciente.

Los procedimientos de reconstrucción ósea se realizan millones de veces al año, desde defectos óseos congénitos hasta víctimas de accidentes y pacientes con cáncer. En la actualidad, estos pacientes reciben una pieza ósea extraída o un implante de titanio que permanece en su cuerpo durante el resto de su vida.

La empresa danesa de tecnología médica Ossiform ha desarrollado una tecnología disruptiva patentada para reconstruir la anatomía exacta del paciente con implantes impresos en 3D, específicos para el paciente y con una porosidad ósea natural. Los implantes están fabricados con biomateriales naturales que se degradan con el tiempo y se remodelan en tejido óseo vivo real.

Los implantes óseos P3D pueden diseñarse para suministrar aditivos, como antibióticos y quimioterapia, que pueden liberarse durante un periodo controlado y prolongado. Esto proporciona amplios beneficios a los pacientes y abre nuevas opciones para el tratamiento de defectos óseos.

La tecnología también se utiliza para producir un producto de I+D impreso en 3D, los andamios P3D, para mejorar la investigación ósea. Se espera que el primer implante óseo P3D para uso humano llegue al mercado en la segunda mitad de 2022.

 

NORMAS REGLAMENTARIAS

La impresión médica en 3D debe someterse al mismo proceso de evaluación que cualquier otra tecnología sanitaria. La aprobación reglamentaria es bastante sencilla para los objetos que ayudan al personal médico, como los modelos anatómicos, las bandejas de instrumentos y los mangos de herramientas, ya que tienen un contacto mínimo con el paciente, si es que lo tienen.

Los objetos internos, como los implantes óseos, las endoprótesis arteriales y las válvulas cardíacas, están sujetos a requisitos de seguridad más rigurosos. Conseguir la aprobación es más difícil debido a la falta de un marco normativo completo.

Varios organismos reguladores están trabajando en la elaboración de normas adecuadas para la impresión 3D en el ámbito sanitario, como por ejemplo la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (FDA). 

Sin embargo, una de las principales ventajas de la impresión médica en 3D también dificulta la aprobación reglamentaria y, por tanto, su uso más generalizado. En comparación con un producto estandarizado y listo para usar, los dispositivos hechos a medida son mucho más difíciles de aprobar, ya que cada uno debe ser probado y certificado.

CALIDAD INCONSISTENTE

Las impresoras 3D no imprimen resultados perfectos todas las veces. Los porcentajes de fallo dependen de la máquina y el material utilizados y de lo que se imprima. Además, la eliminación de cualquier irregularidad o textura de la superficie puede requerir pasos adicionales de procesamiento manual para lograr el acabado deseado.

Es probable que los índices de fallos y el procesamiento posterior se reduzcan a medida que las impresoras 3D mejoren y la gente se familiarice con el uso de esta tecnología.

GRANDES VOLÚMENES

En muchos casos, la impresión 3D médica puede producir un solo artículo o un pequeño lote de artículos de forma más rápida y eficiente que los métodos de fabricación tradicionales. Sin embargo, cada máquina sólo puede imprimir un determinado número de objetos a la vez, dependiendo del tamaño de la máquina y del objeto, por lo que podría no ser el método más adecuado o rentable para grandes tiradas de producción.