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Impresión 3D para implantes de huesos, mejores para terapia pediátrica 

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Impresión 3D para implantes de huesos, mejores para terapia pediátrica 

Los avances actuales en impresión 3D permitirán a los médicos escanear el cuerpo del paciente para implantes personalizados.

Por: Laszlo Beke | Presidente de la Junta Directiva de Beke Santos

 

Entre las tecnologías emergentes en las que se espera ver resultados para este año 2022 está la de los implantes óseos usando Impresión 3D o Manufactura Aditiva. 

Se está trabajando en múltiples frentes para que esto sea posible pero, en todo caso, para entender mejor los avances es interesante revisar el esfuerzo que está haciendo un equipo de investigación en Northwestern University dirigido por el , PhD Ramille Shah. 

Este equipo ha desarrollado un biomaterial muy promisorio para la mejora de la regeneración ósea. Se trata de una tinta imprimible que produce un implante de hueso sintético que, rápidamente, induce tanto la regeneración del hueso como su crecimiento. 

El nuevo material óseo hiperelástico es fácilmente adaptable a diferentes formas y se proyecta particularmente útil en el tratamiento de defectos óseos en niños.

Aprovecharemos para concluir con una revisión del estado actual general de la Impresión 3D. 

Implantes óseos para niños

La cirugía de implantación ósea nunca es un proceso fácil, pero es particularmente doloroso y complicado para los niños. 

Con adultos y niños, para sustituir el hueso faltante, frecuentemente, se extrae material óseo de otro lugar en el cuerpo, lo  cual puede llevar a complicaciones y generar mucho dolor. 

En ocasiones se usan implantes metálicos, pero estos no son una solución permanente para los niños en pleno crecimiento. 

En el tema de implantes los adultos tienen más y mejores opciones pues los pacientes pediátricos se encuentran en una situación muy diferente:

  • Si reciben un implante permanente… 
  • … es necesario realizar cirugías adicionales a medida que van creciendo… 
  • y, por ello, enfrentan años de dificultades.

Las características del material

Cabe destacar que el material desarrollado en el proyecto Shah es una mezcla de hidroxiapatita, es decir: 

  • Un mineral de calcio que se encuentra en forma natural en el hueso humano) 
  • Y un polímero biocompatible y biodegradable. 

El material es principalmente hidroxiapatita pero, aun así, es hiperelástico, robusto y poroso tanto en los niveles nano como en los micro y macro. 

Estas propiedades únicas contribuyen a la gran promesa que representa la estructura impresa en animales vivos.

La porosidad es muy importante en la regeneración de tejidos, por cuanto se desea que las células y vasos sanguíneos infiltren el andamiaje. 

La estructura 3D que se produce tiene diferentes niveles de porosidad que representan una ventaja para sus propiedades físicas y biológicas. 

Ahora bien, la hidroxiapatita ha probado ser práctica en la regeneración ósea pero, al mismo tiempo, es notoriamente difícil trabajar con ella. 

Los productos clínicos que utilizan la hidroxiapatita u otra cerámica de fosfato de calcio son duros y frágiles. 

El biomaterial de esta investigación, por peso tiene 90% de hidroxiapatita y solo 10% del polímero, y mantiene su elasticidad por la forma en la cual fue diseñada e impresa la estructura. 

La alta concentración de hidroxiapatita crea un ambiente que induce a la rápida regeneración del hueso.

Las células detectan y sienten la hidroxiapatita, reaccionando a su bioactividad. Al colocar células madres en los andamiajes, estas se convierten en células óseas y comienzan a regular al alza los genes específicos-del-hueso

Esto ocurre con la ausencia de otras sustancias que provoquen ósteo-inducción: se trata exclusivamente de la interacción entre las células y el material mismo. 

También, por cuanto el proceso de impresión 3D se realiza a temperatura ambiente se pueden incorporar en la tinta otros elementos, como antibióticos, para reducir la infección posterior a la cirugía.

Adicionalmente, en el caso que se requiera, se puede combinar con diferentes factores de crecimiento, para realzar la regeneración.

Huesos construídos

Personalizar los huesos construídos

Una de las principales ventajas es que el producto final se puede personalizar para el paciente. 

En cirugías de trasplantes tradicionales, el hueso – después de tomado de otra parte del cuerpo – debe ser reconstruido y  moldeado para encajar perfectamente en el área donde se le requiere. 

Usando el material sintético de esta investigación, los médicos pueden escanear el cuerpo del paciente y hacer una impresión 3D personalizada. 

 

Las características mecánicas del producto también permiten otra alternativa: que el material sea recortado y ajustado a la forma deseada durante el procedimiento quirúrgico. 

En ambos casos, es más rápido y menos doloroso que el auto-injerto.  

No es difícil imaginar que eventualmente los hospitales tendrán impresoras 3D, en las cuales se han visto  imprimirán los implantes personalizados mientras el paciente espera. 

Se puede estimar que un implante especializado debería completarse en 24 horas y ello, sin duda, cambiaría el mundo tanto de las cirugías craneofaciales como de las ortopédicas, así como debe mejorar los resultados.

El mercado de Impresión 3D

Las primeras experiencias de Impresión 3D aparecieron en 1980. Como puede ser verse, el despegue de la tecnología ha tomado más de una década sin contar que, inicialmente, su uso fue principalmente para prototipos. 

Hoy en día, los componentes complejos son rutinariamente impresos en plástico y metal, en productos como: 

  • Motores de aviones
  • Robots  
  • Y carros

La venta de máquinas y servicios de Impresión 3D creció más de 17% en 2021, llegando a US$15.000 millones. 

Adicionalmente, la pandemia creó nuevos espacios, donde las dificultades en las cadenas de suministros realzaron la manufactura aditiva como un componente prominente del proceso de fabricación.

Muchas empresas están adoptando nuevos enfoques en su flujo de trabajo, incluyendo: 

Particularmente en 2022 estas parecen ser la principales tendencias: 

  • (a) Aumento de la estandarización de la manufactura aditiva y de la automatización de los procesos de producción
  • (b) Alta demanda para encontrar y evaluar nuevos casos de negocios para la Impresión 3D 
  • Y (c) Justificación del costo de la manufactura aditiva como alternativa

Un nuevo tipo de Impresión 3D

La manufactura aditiva ya es sumamente útil, pero le cuesta competir en costo y velocidad con la forma establecida de hacer las cosas, como inyectar plástico líquido en moldes o estampando partes metálicas en imprentas gigantes. 

Por ello, la mayoría de las fábricas usan Impresoras 3D para producir partes de bajo volumen y alto valor

Hacer cosas en forma aditiva produce objetos capa por capa, de manera que estructuras internas sofisticadas pueden ser más fácilmente introducidas en un diseño. 

Las formas pueden ser optimizadas buscando fuerza y liviandad, ahorrando materiales. 

Ahora se está desarrollando una nueva forma de manufactura aditiva, que se denomina “Impresión por Área”, la cual pudiera aprovechar las ventajas de Impresión 3D, compitiendo además con la velocidad y el costo de los procesos tradicionales de fabricación.

Esta se describe en A new type of 3D printing may bring it into the mainstream.

Periodista apasionada por la innovación, la tecnología y la creatividad. Editora de The Standard CIO y Factory Pyme para The HAP GROUP