La impresión tridimensional está transformando la atención médica, permitiendo que el sector sanitario pase de soluciones de producción masiva a tratamientos personalizados adaptados a las necesidades de cada paciente. Por ejemplo, los investigadores están desarrollando prótesis de mano impresas en 3D, diseñadas específicamente para niños, fabricadas con materiales ligeros y sistemas de control adaptables.
Estos continuos avances en prótesis impresas en 3D demuestran su creciente asequibilidad y accesibilidad. Casos de éxito como este en prótesis personalizadas resaltan las ventajas de la impresión 3D, en la que el modelo de un objeto, producido con software de diseño asistido por computadora, se transfiere a una impresora 3D y se construye capa por capa.
Ingenieros biomédicos y químicos que trabajan con la impresión 3D estudiaron cómo esta tecnología en rápida evolución ofrece nuevas opciones no solo para prótesis, sino también para implantes, planificación quirúrgica, fabricación de fármacos y otras necesidades sanitarias. La capacidad de la impresión 3D para crear objetos con formas precisas en una amplia gama de materiales dio lugar, por ejemplo, a prótesis articulares personalizadas y a comprimidos multifármaco con dosis personalizadas.
La impresión tridimensional en el ámbito sanitario comenzó en la década de 1980 con científicos que utilizaban tecnologías como la estereolitografía para crear prototipos capa por capa. La estereolitografía utiliza un rayo láser controlado por computadora para solidificar un material líquido en formas 3D específicas. El sector médico pronto vio el potencial de esta tecnología para crear implantes y prótesis diseñados específicamente para cada paciente.
Una de las primeras aplicaciones fue la creación de andamios tisulares, estructuras que favorecen el crecimiento celular. Investigadores del Hospital Infantil de Boston combinaron estos andamios con las propias células de los pacientes para construir vejigas de reemplazo. Los pacientes se mantuvieron sanos durante años tras recibir sus implantes, lo que demostró que las estructuras impresas en 3D podían convertirse en partes del cuerpo duraderas.
A medida que la tecnología avanzaba, el enfoque se centró en la bioimpresión, que utiliza células vivas para crear estructuras anatómicas funcionales.
En 2013, Organovo creó el primer tejido hepático bioimpreso en 3D del mundo, abriendo nuevas posibilidades para la creación de órganos y tejidos para trasplantes. Si bien se lograron avances significativos en la bioimpresión, la creación de órganos completos y funcionales, como hígados para trasplantes, sigue siendo experimental.
La investigación actual se centra en el desarrollo de tejidos más pequeños y simples, y en el perfeccionamiento de las técnicas de bioimpresión para mejorar la viabilidad y la funcionalidad celular. Estos esfuerzos buscan acortar la distancia entre el éxito en el laboratorio y la aplicación clínica, con el objetivo final de proporcionar reemplazos de órganos viables a los pacientes que los necesitan.
La impresión tridimensional ya revolucionaron la creación de prótesis. Permite a los fabricantes de prótesis producir dispositivos a la medida y asequibles que se adaptan perfectamente al paciente. Pueden adaptar las manos y extremidades protésicas a cada individuo y reemplazarlas fácilmente a medida que el niño crece.
Además, la impresión 3D está logrando avances significativos en odontología. Empresas como Invisalign utilizan la esto para crear alineadores dentales a la medida, lo que demuestra la capacidad de personalizar la atención dental.
Los científicos también están explorando nuevos materiales para la impresión 3D, como el biovidrio autorreparable que podría reemplazar el cartílago dañado. Asimismo, los investigadores están desarrollando la impresión 4D, que crea objetos que pueden cambiar de forma con el tiempo, lo que podría dar lugar a dispositivos médicos que se adapten a las necesidades del cuerpo.
Por ejemplo, los investigadores están trabajando en stents impresos en 3D que pueden responder a los cambios en el flujo sanguíneo. Estos stents están diseñados para expandirse o contraerse según sea necesario, reduciendo el riesgo de obstrucción y mejorando los resultados a largo plazo para los pacientes.
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Impresión 3D también beneficia a sector farmacéutico
Los modelos anatómicos impresos en tres dimensiones suelen ayudar a los cirujanos a comprender casos complejos y mejorar los resultados quirúrgicos. Estos modelos, creados a partir de imágenes médicas como radiografías y tomografías computarizadas, permiten a los cirujanos practicar procedimientos antes de la operación.
Por ejemplo, un modelo impreso en 3D del corazón de un niño permite a los cirujanos simular cirugías complejas. Este enfoque puede resultar en tiempos quirúrgicos más cortos, menos complicaciones y menores costos.
En la industria farmacéutica, las farmacéuticas pueden imprimir en tres dimensiones dosis y sistemas de administración de medicamentos personalizados. La capacidad de estratificar con precisión cada componente de un fármaco les permite elaborar medicamentos con la dosis exacta necesaria para cada paciente. El fármaco antiepiléptico impreso en 3D, Spritam, fue aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) en 2015 para administrar dosis muy altas de su ingrediente activo.
Los sistemas de producción de medicamentos que utilizan la impresión 3D están encontrando aplicaciones más allá de las fábricas farmacéuticas. Estos medicamentos podrían ser fabricados y distribuidos por farmacias comunitarias. Los hospitales están empezando a utilizar la impresión 3D para fabricar medicamentos in situ, lo que permite planes de tratamiento personalizados según factores como la edad y el estado de salud del paciente.
Desafios en la innovación de la impresión tridimensional
A pesar del extraordinario progreso general en la impresión 3D para la atención médica, persisten importantes desafíos y oportunidades. Entre ellos, se encuentra la necesidad de desarrollar mejores métodos para garantizar la calidad y la seguridad de los productos médicos impresos en 3D. La asequibilidad y la accesibilidad también siguen siendo preocupaciones importantes. Las preocupaciones de seguridad a largo plazo relacionadas con los materiales de los implantes, como los posibles problemas de biocompatibilidad y la liberación de nanopartículas, requieren rigurosas pruebas y validación.
Si bien la impresión 3D tiene el potencial de reducir los costos de fabricación, la inversión inicial en equipos y materiales puede ser un obstáculo para muchos profesionales de la salud y pacientes, especialmente en comunidades marginadas. Además, la falta de flujos de trabajo estandarizados y personal capacitado puede limitar la adopción generalizada de la impresión 3D en entornos clínicos, dificultando el acceso a quienes más podrían beneficiarse.
El lado positivo es que las técnicas de inteligencia artificial que pueden aprovechar eficazmente grandes cantidades de datos médicos altamente detallados probablemente resulten cruciales para el desarrollo de mejores productos médicos impresos en 3D. En concreto, los algoritmos de IA pueden analizar datos específicos del paciente para optimizar el diseño y la fabricación de implantes y prótesis impresos en 3D. Por ejemplo, los fabricantes de implantes pueden utilizar el análisis de imágenes impulsado por IA para crear modelos 3D de alta precisión a partir de tomografías computarizadas y resonancias magnéticas, que pueden emplearse para diseñar implantes personalizados.
Además, los algoritmos de aprendizaje automático pueden predecir el rendimiento a largo plazo y los posibles puntos de fallo de las prótesis impresas en 3D, lo que permite a los diseñadores de prótesis optimizarlas para una mayor durabilidad y seguridad del paciente.
La impresión tridimensional continúa rompiendo barreras, incluidas las del propio cuerpo. Investigadores del Instituto Tecnológico de California han desarrollado una técnica que utiliza ultrasonidos para convertir un líquido inyectado en el cuerpo en un gel con formas tridimensionales. Este método podría utilizarse algún día para administrar fármacos o reemplazar tejidos.
En general, el campo está avanzando rápidamente hacia planes de tratamiento personalizados que se adaptan estrechamente a las necesidades y preferencias únicas de cada paciente, lo que es posible gracias a la precisión y flexibilidad de la impresión 3D.
*Daniel Freedman es Decano de la Facultad de Ciencias, Tecnología, Ingeniería, Matemáticas y Administración de la Universidad de Wisconsin-Stout; Anne Schmitz es Profesora asociada de Ingeniería, Universidad de Wisconsin-Stout.
Esta artículo fue publicado originalmente en The Conversation
