Impresión en 3D: aplicaciones en la medicina
Por: Carmen Yris Olivo, MLS
Encargada Biblioteca Dr. Juan M. Taveras
Encargada Biblioteca Dr. Juan M. Taveras
Una de las principales innovaciones que
está transformado nuestra sociedad actual es la impresión en 3D. Esta tecnología está haciendo crecer
sus ventajas de forma exponencial, puesto que cada vez tenemos más dominio en
su uso y las posibilidades ofrecen, y por la liberalización de
algunas patentes y el descenso del costo de las impresoras están acercando la
impresión 3D a casi todas las personas y empresas. Desde sus inicios en los
años ochenta del siglo XX, la impresión 3D ha ido perfeccionando tanto la
propia impresora como diversificando los materiales que pueden emplearse,
particularmente en la medicina.
La impresora en 3D está revolucionando la medicina en su sentido más
general, y de manera más concreta en varios campos de la medicina, que
mencionamos más adelante.
La impresión en 3D según Wikipedia (2018) es un grupo de tecnologías de fabricación por adición donde un objeto tridimensional es creado mediante la superposición de capas sucesivas de material. Para el Instituto Tecnológico Universitario (Cuyo, Argentina) es un dispositivo capaz de reproducir un objeto sólido tridimensional mediante la adición de material, cuyo diseño se realiza en computadora.
Para otros autores, impresión 3D o bioimpresión como se conoce, es definido como un proceso de fabricación de aditivo, que crea un objeto físico desde un diseño digital. Es decir que, a partir de un proyecto dibujado mediante técnicas digitales, un dispositivo se encarga de darle cuerpo y volumen siguiendo el modelo previamente definido.
Las impresoras 3-D o bioimpresión, imprime como apunta Clinic-Cloud (2018), sobre un sustrato plano como las tradicionales impresoras de tinta, sino que lo hacen en capas sucesivas, formando objetos con volumen. Las primeras impresoras 3-D fueron desarrollados en la década de los años ochenta, por un ingeniero estadounidense llamado Charles Hull. La “tinta” era un líquido de acrílico que se volvió sólida cuando se expone a la luz ultravioleta, por lo general a partir de un rayo láser. Desde entonces su uso se ha disparado y se aplica en muchas áreas del conocimiento, entre ellos la medicina.
Para detalle de la impresión en 3D en medicina, ver los vídeos siguientes:
¿Qué es la bioimpresión 3D?
Impresión 3D en medicina
Para el sitio web Tecnología-Informática, la impresión en 3D en la actualidad es una realidad que ya ha escapado de los laboratorios de ensayo, y si bien todavía no han alcanzado el status de presencia que ostentan las impresoras de chorro de tinta o láser, lo cierto es que ese es el camino que tomarán este tipo de dispositivos, cuando su valor y los costos de operación bajen a precios que pueda pagar el usuario de a pie, seguramente comenzaremos a verlas al lado de cualquier computador en un barrio de la ciudad.
Desde 2003 ha ocurrido un gran crecimiento de la venta de impresoras en 3D. De manera inversa, el costo de las mismas se ha reducido en los últimos años como se ha señalado. Esta tecnología también encuentra uso, además de la medicina en campos tales como joyería, calzado, diseño industrial, arquitectura, ingeniería, y construcción, automoción y sector aeroespacial, industrias médicas, educación, sistemas de información geográfica, ingeniería civil y muchos otros.
Ejemplo de una impresora 3D. Fuente: Hipertexual https://bit.ly/2sPffCL
Sobre su historia y otros asuntos de la impresora 3D. Ver en: https://es.wikipedia.org/wiki/Impresi%C3%B3n_3D
¿Cómo funciona la
impresora en 3D?
Para Sotelo
(2014) citando de la revista InfoTechnology, esta máquina es capaz de realizar
“impresiones” a partir de diseños en 3D por computador, creando maquetas
volumétricas. En la actualidad, cada vez está más extendido su uso en medicina
ya que permitiría adaptar cada pieza fabricada por la impresora en 3D a las
características de cada paciente. Dispositivos más veloces de estas máquinas
podrían llevar la micro impresión en 3D de los laboratorios a la industria médica
y electrónica.
Las impresoras en 3D
utilizan múltiples tecnologías de fabricación e intentaremos explicar de forma
sencilla cómo funcionan, según lo describe areatecnología.com.
Las impresoras en 3D
lo que hacen es crear un objeto con sus 3 dimensiones y esto lo consigue
construyendo capas sucesivamente hasta conseguir el objeto deseado, para lo cual incluyen un software que permite a los
ingenieros construir un modelo en tres dimensiones de los tejidos sobre una
pantalla. .
Las siguientes imágenes puede ayudar a entenderlo mejor:
En la imagen anterior siguiendo el mismo autor, vemos 3 figuras. La primera se dibuja en un papel, por ejemplo, del objeto que queremos imprimir en sus 3 dimensiones, después, con un programa de CAD se diseña ese objeto en nuestro computador que sería la segunda figura, y por último separamos ese objeto en capas para ir imprimiendo capa por capa en la impresora en 3D, que es lo que vemos en la tercera figura. Es decir, de un boceto en papel podemos conseguir un objeto en la realidad con el material adecuado.
En el caso de ser el objeto un tejido sobre una pantalla, una vez que el tejido u órgano está diseñado, se procede a la impresión mediante dos cabezales: uno “cargado” con células humanas y otro con el matriz o hidrogel que servirá como soporte para la construcción del tejido en cuestión. Gracias al láser se procede a la calibración (en un proceso tremendamente delicado) para garantizar que cada célula se coloca correctamente. En el interior del aparato, una cabina con los estándares de bioseguridad logra mantener los tejidos esterilizados como reseña el blog Pupilum (2013)
El proceso que
utilizan estas impresoras para crear los objetos por capas se llama
"proceso aditivo". Hoy en día ya existen incluso escáner en 3D que nos
pueden escanear un objeto y directamente verlo en nuestro computador para luego
imprimirlo, sin necesidad de tener que dibujarlo con el computador. Esto lo hace
todavía más sencillo, de hecho con estos escáneres crear un objeto en 3D es
casi como hacer una simple foto.
Las impresoras en 3D
utilizan principalmente 3 tipos de formas de imprimir, lo que da lugar a 3
tipos de impresoras diferentes. Aunque todos los tipos de impresoras en 3D
utilizan el proceso aditivo, hay algunas diferencias en la forma de construir
el objeto, que va a depender de la tipo de impresora.
2. Consideraciones sobre pruebas de dispositivos: esta sección de la guía describe el tipo de información que se debe proporcionar en las solicitudes de notificación previa a la comercialización [510 (k)], aplicaciones de aprobación previa a la comercialización (PMA), aplicaciones de exención de dispositivos humanitarios (HDE), Aplicaciones de exención (IDE) para un dispositivo impreso en 3D.
Tipo de impresora 3D de Inyección de aglutinante (BJ) o fusión de lecho en polvo para usos médicos.
Fuente: FDA https://bit.ly/2zMEN5D
Hay alrededor de dos docenas de procesos de impresión en 3D, que utilizan tecnologías diferentes de impresora (particularmente, fusión de lecho en polvo, utilizada en la medicina), velocidades y resoluciones, y cientos de materiales. Con ellas se pueden crear un objeto en 3D, en casi cualquier manera lógica, según se defina en un archivo de diseño asistido por ordenador (CAD).
Tipologías de impresoras en 3D
En
la actualidad los modelos y tipologías de impresoras en 3D para los procesos
de fabricación más comunes utilizando con esta tecnología son nueve, de
acuerdo con Locker (2018), experto en este tipo de tecnología, son: 1) Modelado por deposición fundida (FDM); 2) Estereolitografía (SLA); 3) Sinterizado selectivo por láser (SLS); 4) Sinterizado selectivo por láser (SLS); 5) Fusión selectiva por láser (SLM); 6) Fusión por haz de electrones (EBM); 7) Fabricación mediante laminado de objetos (LOM); 8) Inyección de aglutinante (BJ) y 9) Inyección de material (MJ) / Moldeo a la cera perdida.
El
Centro de Dispositivos y Salud Radiológica (CDRH, por sus siglas en
inglés) de la FDA -Food and Drug Administration (2018a) que regula las empresas que fabrican, reenvasan, etiquetan
y/o importan dispositivos médicos vendidos en los Estados Unidos, ha creado una guía en borrador “3D printing of medical divices” con las recomendaciones y los requisitos de dispositivos médicos aplicados a
impresión en 3D para que los fabricantes puedan seguir dichas normas y
de esta manera poder usar los elementos creados con fabricación aditiva en
el sector médico.
El
borrador de la guía en sitio web de la FDA, proporciona a los fabricantes recomendaciones para el
diseño de los dispositivos, la fabricación y las consideraciones de prueba
al desarrollar dispositivos impresos en 3D. El
tipo de envío previo a la comercialización requerido para un
dispositivo aún está determinado por su clasificación regulatoria. Esta guía borrador se organiza en dos áreas temáticas:
1. Consideraciones de diseño y fabricación: Esta sección de la guía proporciona las técnicas que deben abordarse como parte del cumplimiento de los requisitos del Sistema de calidad (QS) para un dispositivo, según lo determinado por su clasificación reglamentaria o regulación a la que está sujeto, si corresponde.
1. Consideraciones de diseño y fabricación: Esta sección de la guía proporciona las técnicas que deben abordarse como parte del cumplimiento de los requisitos del Sistema de calidad (QS) para un dispositivo, según lo determinado por su clasificación reglamentaria o regulación a la que está sujeto, si corresponde.
2. Consideraciones sobre pruebas de dispositivos: esta sección de la guía describe el tipo de información que se debe proporcionar en las solicitudes de notificación previa a la comercialización [510 (k)], aplicaciones de aprobación previa a la comercialización (PMA), aplicaciones de exención de dispositivos humanitarios (HDE), Aplicaciones de exención (IDE) para un dispositivo impreso en 3D.
Para la FDA (2018a), de estos tipos de impresora en 3D mencionados anteriormente, el proceso
de impresión se puede lograr utilizando cualquiera
de las variadas tecnologías diversas que se han indicando. La elección
de la tecnología puede depender de muchos factores, incluida la forma
en que se
utilizará el producto final y la facilidad de uso de la impresora.
La tecnología más común utilizada para la impresión en 3D de dispositivos médicos es la llamada Inyección de aglutinante (BJ). La fusión de lecho en polvo como se le dice comúnmente porque funciona con una variedad de materiales utilizados en dispositivos médicos, como el titanio y nylon, que describimos a continuación.
La tecnología más común utilizada para la impresión en 3D de dispositivos médicos es la llamada Inyección de aglutinante (BJ). La fusión de lecho en polvo como se le dice comúnmente porque funciona con una variedad de materiales utilizados en dispositivos médicos, como el titanio y nylon, que describimos a continuación.
Inyección de aglutinante (BJ) o fusión de lecho en polvo: sus caraterísticas
Este tipo de impresión 3D de
acuerdo con Locker (2018), la inventó en el MIT (Instituto Tecnológico
de Massachusetts), cuenta con múltiples denominaciones: “fusión sobre
lecho de polvo”, “impresión 3D de inyección de tinta”, “impresión de
gota sobre polvo”, o probablemente la más conocida, “inyección de
aglutinante” o “binder jetting”.
Este tipo de impresora 3D utiliza dos tipos materiales: base de polvo (a menudo yeso) y un agente adhesivo, que actúa uniendo las capas de polvo. Utiliza esta tecnología de impresión 3D con cerámica, metal, arena o plástico.
Este tipo de impresora 3D utiliza dos tipos materiales: base de polvo (a menudo yeso) y un agente adhesivo, que actúa uniendo las capas de polvo. Utiliza esta tecnología de impresión 3D con cerámica, metal, arena o plástico.
Para la FDA (2018a) el
proceso de fusión en lecho de polvo crea un producto tridimensional
a partir de polvo de metal o plástico muy fino, que se vierte en una
plataforma y se nivela cuidadosamente. Un rayo láser o de electrones
se mueve a través de la capa de polvo y derrite el material que
toca. El material fundido se fusiona con la capa que está debajo y
con el polvo que lo rodea crear un sólido. Una vez que se
completa una capa, la plataforma se mueve hacia abajo y se coloca una
capa más de polvo cuidadosamente nivelado por encima.
La FDA (2018b) describe que varias impresoras en 3D que nos ayudan a comprender mejor las
capacidades de la impresión en 3D de dispositivos médicos y el
beneficio que aporta para la salud de los pacientes. Por ejemplo, una impresora que usan diferentes tecnologías de impresión,
incluida la fusión en lecho de polvo, para evaluar qué partes de
los procesos de impresión y flujos de trabajo son fundamentales para
garantizar la calidad del dispositivo médico terminado.
Tipo de impresora 3D de Inyección de aglutinante (BJ) o fusión de lecho en polvo para usos médicos.
Fuente: FDA https://bit.ly/2zMEN5D
Aplicaciones de la impresora en 3D en la
medicina
Las áreas donde
las impresoras en 3D agregan más valor son aquellas que exigen un alto grado de
personalización. Y no hay ámbito que más se valore la personalización que la
medicina (Vazhnov, 2014). De ahí su gran éxito y cada vez más su uso
es impresionante desarrollo.
Siguiendo a Clinic-cloud (2018); Arráez Álvarez et at (2014); Vazhnoh (2014). y otros, la impresión 3D se aplicado en la medicina desde la primera década del siglo XXI, inicio del año 2000, cuando la tecnología fue utilizada por primera vez para hacer implantes dentales y prótesis personalizadas. Sobre esta última, la contribución de la impresión en 3D a la industria dental ha provocado un aumento en la calidad de las piezas y una mayor rapidez y eficiencia en su producción.
Para la FDA (2018b), las impresoras en 3D del tipo señalado de Inyección de aglutinante (BJ) o fusión de lecho en polvo, se utilizan para fabricar una variedad de dispositivos médicos, incluidos aquellos con geometría complejas o características que coinciden con la anatomía individual de cada paciente.
Entre los últimos
usos de la impresión en 3D es la aplicando en farmacia. Por ejemplo, la
compañía farmacéutica "Spritam levetiracetam", con sede en Ohio, Estados Unidos, ha creado un
nuevo medicamento para controlar las convulsiones provocadas por la epilepsia.
Pero lo realmente novedoso es ser la primera píldora impresa en 3D. La
tecnología ZipDose, utiliza la impresión en 3D para crear una píldora más porosa.
Su estructura hace que la píldora se disuelva más ligeramente en contacto con
el líquido, por lo que es mucho más que ella, sea fácil de tragar que una tableta
convencional.Siguiendo a Clinic-cloud (2018); Arráez Álvarez et at (2014); Vazhnoh (2014). y otros, la impresión 3D se aplicado en la medicina desde la primera década del siglo XXI, inicio del año 2000, cuando la tecnología fue utilizada por primera vez para hacer implantes dentales y prótesis personalizadas. Sobre esta última, la contribución de la impresión en 3D a la industria dental ha provocado un aumento en la calidad de las piezas y una mayor rapidez y eficiencia en su producción.
Para la FDA (2018b), las impresoras en 3D del tipo señalado de Inyección de aglutinante (BJ) o fusión de lecho en polvo, se utilizan para fabricar una variedad de dispositivos médicos, incluidos aquellos con geometría complejas o características que coinciden con la anatomía individual de cada paciente.
Algunos dispositivos se imprimen desde un diseño estándar para hacer múltiples copias idénticas del mismo dispositivo. Se crean otros, denominados dispositivos compatibles con el paciente o específicos para él, a partir de los datos de imágenes de un paciente específico.
Para el autor citado, los dispositivos médicos impresos en 3D disponibles comercialmente, lo sintetiza en dos tipos:
- Instrumentación (por ejemplo, guías para ayudar con la colocación quirúrgica adecuada de un dispositivo),
- Implantes (por ejemplo: Placas craneales o articulaciones de la cadera) y prótesis externas como las manos).
Los usos médicos de la impresión en 3D, tanto actuales como
potenciales, se pueden organizar en varias categorías, entre ellas: la
fabricación de modelos de órganos y tejidos humanos con materiales biológicos, el cerebro
humano; la creación de prótesis personalizadas, implantes y modelos anatómicos,
de corazón; y la investigación farmacéutica en relación con las formas de
dosificación de los medicamentos. Este es
otro claro ejemplo de cómo esta la tecnología (emergente) puede ayudar a mejorar la salud y la calidad de
vida de las personas (Sotelo, 2014).Hoy los científicos como aborda la FDA (2018a) están investigando cómo usar el proceso de impresión en 3D para fabricar órganos vivos, como el corazón o el hígado, pero esta investigación está en las primeras etapas de desarrollo; sin embargo, de todas manera, los centros de salud deben aprovechar ésta innovación y tecnologías emergentes para mejorar aún más la salud y el bienestar de sus pacientes y prolongar sus vidas, por lo que sigue siendo un desafío para la medicina y los profesionales de la salud en cualquier país.
Ejemplos de algunos usos y aplicaciones de impresora en 3D en hospitales
(vídeos):
El hospital donde imprimen corazones
de niños en 3D
Un hospital de Madrid utiliza
impresoras 3D para planificar cirugías
El hospital donde imprimen corazones
de niños en 3D
Referencias bibliográficas
Arráez Álvarez,
J. L. ; Arráez Álvarez, M. E. (2014, 24 de febrero,). Aplicaciones de
las impresoras 3D en medicina. Reduca (Recursos Educativos). Recuperado
de: https://bit.ly/2Oh3JKB
https://bit.ly/2Oe7QaB
Bioimpresión: 3D que salva vidas. Pupilum: blog de formación médica online
continuada (2013). [Mensaje de un blog]. Recuperado de http://blog.pupilum.com/bioimpresion-3d-que-salva-vidas/
FDA - Food and Drug Administration (2018a). 3D Printing of Medical Devices. Recuperado de https://bit.ly/2ztc5qE
FDA - Food and Drug Administration (2018b). Medical Applications of 3D Printing. Recuperado de https://bit.ly/2vs3QpG
Impresoras 3D en medicina: usos que
desconocías (2018). clinic-cloud. Recuperado de:
Sotelo, N. (2014). La impresión 3D en beneficio de la medicina
y la salud. Recuperado de: https://bit.ly/2N9m9IZ
Tecnología-informática.com.
(s.f.). Impresoras 3D ¿Qué son? ¿Cómo funcionan? Todo sobre impresión 3D.
Recuperado de: https://bit.ly/2zAFMWR
Wikipedia (2018). La impresión 3D. Recuperado de: https://es.wikipedia.org/wiki/Impresi%C3%B3n_3D.
No hay comentarios:
Publicar un comentario