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La creciente relación entre la impresión 3D y la medicina

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Contexto

La impresión 3D y la medicina tienen un contacto cada vez más profundo y relevante para el futuro de la humanidad. De hecho, la bioimpresión es uno de los campos líderes en innovación. Con estas técnicas, células y materiales se combinan y son depositados capa por capa para crear partes biomédicas que tienen las mismas propiedades que los tejidos naturales. El mayor reto que se tiene actualmente es imprimir exitosamente un órgano humano completamente funcional.

Seguramente ya sabes o has leído o escuchado que año tras año la cantidad de personas que necesitan trasplantes aumenta. Además, esta lista de personas siempre ha sido mucho más grande que la cantidad de donantes u órganos donados. Por tanto, parece que la única solución es la impresión 3D.

Historia

La bioimpresión 3D tiene sus orígenes en el año 1988, año en el que el Dr. Robert J. Kleb de la Universidad de Texas presentó un proceso para posicionar células con el objetivo de construir tejidos sintéticos de dos y tres dimensiones utilizando una impresora de inyección de tinta común.

En el año 2002, el Profesor Anthony Atala de la Universidad Wake Forest creó el primer órgano usando impresión 3D, un pequeño riñón a escala.

En el año 2010, el laboratorio Organovo comienza a trabajar en la primera bioimpresora 3D comercial, la NovoGen MMX. Esta empresa ha realizado avances en la fabricación de tejido óseo y tejido hepático

Tecnologías para bioimpresión 3D

1. Bioimpresión por inyección de tinta (Inkjet Bioprinting)

Esta tecnología está basado en el clásico proceso de inyección de tinta. Consiste en depositar gotas de biotinta, capa tras capa, sobre un soporte de hidrogel o una placa de cultivo. Las impresoras 3D tradicionales tipo FDM pueden ser modificadas para que realicen un proceso similar.

Algunos científicos han hecho grandes avances usando esta técnica. Por ejemplo, moléculas como las de ADN han sido duplicadas exitosamente, facilitando el estudio de células cancerígenas y sus posibles tratamientos. Células que ayudan a combatir el cáncer de seno también han sido fabricadas exitosamente usando esta técnica. Organovo está interesado sobre todo en los tejidos del hígado, ya que hay muchas personas esperando un donante de este órgano. Lo que pretenden es arreglar la parte dañada de este órgano para así aumentar aumentar su vida y que el paciente tenga más tiempo hasta encontrar un trasplante. Es necesario tener en cuenta que el proceso de espera puede tomar varios años.

2. Bioimpresión por extrusión (extrusion bioprinting)

Es una especie de evolución de la técnica anterior. Presenta ciertas ventajas tales como la incorporación directa de células y una distribución más homogénea de éstas.

3. Bioimpresión asistida por láser (Laser Assisted Bioprinting)

Este método usa un láser como fuente de energía para depositar biomateriales en un receptor. La técnica consta de tres partes: una fuente láser, una cinta cubierta con materiales biológicos y un receptor. Los rayos láser irradian la cinta, haciendo que los materiales biológicos líquidos se evaporen y lleguen al receptor en forma de gotas. Estas gotas contienen un biopolímero, que retiene la adhesión de las células y ayuda a que la célula comience a crecer. En comparación con otras tecnologías, la bioimpresión asistida por láser tiene ventajas únicas. Algunas ventajas específicas incluyen que es un proceso sin boquillas y sin contacto que permite la impresión celular de alta resolución y el control de gotas de biotina.

Esta tecnología está por ejemplo siendo usada por L’Oréal y por la empresa francesa de bioimpresión Poietis para estimular el crecimiento de cabello a través de la impresión 3D de folículos capilares.

4. Estereolitografía (Stereolithography)

Como seguramente ya conocen, esta tecnología solidifica un fotopolímero usando luz ultravioleta. Tiene una gran precisión de fabricación y es adecuado para la bioimpresión ya que imprime con hidrogeles que son sensibles a la luz. Esta tecnología todavía está en desarrollo ya que aún tiene muchas limitaciones, como la falta de biocompatibilidad y biodegradabilidad de los polímeros y la incapacidad para eliminar los soportes.

5. Bioimpresión por ondas acústicas (Bioprinting with Acoustic Waves)

Esta tecnología fue desarrollada por la Universidad Carnegie Mellon, la úniversidad del Estado de Pensilvania y por el MIT. Utiliza “abrazaderas acústicas”, un dispositivo microfluídico que permite manipular células o partículas utilizando ondas acústicas superficiales. Al usar este dispositivo, los investigadores pueden manipular dónde se encontrarán las ondas a lo largo de cada uno de los tres ejes. En estos puntos de encuentro, las ondas formarán un nodo que captura células individuales. Estas células se juntan para crear patrones 2D y posteriormente en 3D. Es una técnica general que ofrece un alto rendimiento en términos de precisión de movimiento.

Finalmente, hay una sexta alternativa para la bioimpresión 3D actualmente, aunque esta no intenta fabricar un órgano completo. La técnica SWIFT, desarrollada por investigadores del Instituto Wyss de Harvard para la ingeniería bioinspirada, permite la bioimpresión de vasos sanguíneos en tejidos vivos, con el objetivo de usarlos para reparar órganos.

El futuro de la bioimpresión 3D

Analizando el futuro de la bioimpresión 3D, surgen muchas preguntas: ¿quiénes podrán acceder a este tipo de costosos tratamientos?, y además, ¿será posible analizar la eficacia y seguridad de los mismos? ¿qué consideraciones legales será necesario establecer para poder comenzar a imprimir y trasplantar órganos? ¿Será posible imprimir súper-órganos para dar origen a súper-humanos? Como por ejemplo huesos súper resistentes, o pulmones de mayor capacidad. ¿Qué piensas al respecto?

Más aplicaciones de la impresión 3D a la medicina

Por otro lado, la relación de la impresión 3D con la medicina no está sujeta únicamente a la fabricación de órganos.

El crecimiento general de la fabricación aditiva podría explicarse por las oportunidades en términos de personalización que ofrece. Puede crear prótesis, implantes, usarse como preparación de operaciones quirúrgicas o para fabricar dispositivos médicos que faciliten ciertas operaciones sensibles como guías quirúrgicas y otras ayudas visuales. La siguiente imagen fue obtenida de un estudio realizado por EMS para el año 2017.

Aplicaciones de la impresión 3D por parte de profesionales de la salud de acuerdo al estudio realizado por EMS en el 2018.

Fabricación aditiva para diseñar implantes y prótesis.

El objetivo de un implante es reemplazar un órgano durante un período prolongado o complementar una o más de sus funciones. Por lo tanto, por definición, está totalmente adaptado al paciente y, como tal, a la anatomía de la persona. La personalización lleva mucho tiempo y es costosa cuando se trata de utilizar métodos de fabricación tradicionales. Aquí es donde la fabricación aditiva resulta útil y ayuda a diseñar implantes personalizados.

Mediante el uso de la impresión 3D, los fabricantes de prótesis e implantes pueden crear más fácilmente soluciones con las dimensiones correctas, con un diseño complejo y a un costo menor. En cuanto a la durabilidad de los dispositivos médicos creados, también evitará que el paciente tenga que cambiar el implante cada década, lo que facilita la vida diaria de la persona.

Finalmente, la impresión médica en 3D también ha permitido automatizar el proceso de creación de prótesis auditivas y dentales.

Impresión 3D al servicio de la simulación quirúrgica.

La fabricación aditiva puede usarse como herramienta para que los médicos, sobre todo aprendices, practiquen antes de las operaciones y por tanto reduzcan la probabilidad de cometer errores, lo cual es una de las causas más frecuentes de muerte entre pacientes. Los modelos anatómicos impresos en 3D pueden ser también presentados al paciente antes de la operación para que visualice todos los pasos del procedimiento, ayudando a mejorar la relación y confianza médico-paciente.

Impresión 3D de medicamentos

Esta es una aplicación de la que pocos hablan, pero que es muy interesante. Acá hay más problemas regulatorios que tecnológicos. Con la impresión 3D, sería posible ajustar la dosis de cada medicamento de acuerdo al paciente, de acuerdo a su edad, su peso, e incluso se podrían mezclar medicamentos en una sola pastilla. También se podrían diseñar medicamentos de efecto rápido, o con efectos enfocados en regiones específicas del cuerpo.

Como has visto, la impresión 3D puede mejorar nuestra calidad de vida, aunque también podría afectar nuestra salud, como te explicamos en este artículo acerca de las partículas emitidas durante la impresión 3D. Si te ha gustado el artículo y has aprendido algo nuevo, te invitamos a comentar y a seguirnos en nuestras redes sociales para que estés al tanto de las nuevas noticias acerca de impresión 3D y de nuestros servicios y productos.

Fuentes

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