FABRICACIÓN ADITIVA Y APLICACIONES EN MEDICINA

Ene 28, 2019 | Tecnologías

La fabricación aditiva se está adentrando en el mundo de la medicina a través de dos canales bien diferenciados: la bioimpresión y la fabricación de productos sanitarios.

BIOIMPRESIÓN

Se define como bioimpresión la generación de tejidos vivos por medio de tecnologías de impresión 3D. Es un proceso análogo a FDM, donde se crean estructuras a partir de deposición por capas pero sin fusión del material.

Las tecnologías tradicionales obligan a fabricar por separado las estructuras que albergan las células cultivadas en laboratorio. Esto se debe a que las células no pueden sobrevivir a las condiciones principalmente térmicas que se dan en estos procesos (espumado con gases, electrospinning…).

La impresión 3D permite procesar células vivas sin dañarlas. Son difíciles de manipular, es por ello que se integran con biotintas antes de la deposición. Las biotintas son sustancias biocompatibles como colágeno, plasma o alginato que sirven de matriz o ecosistema para las células vivas.

En este momento, uno de los obstáculos en la reproducción de los tejidos humanos radica en la vascularización, esto es, el sistema de riego interno que permite alimentarse a todas las células, y que es a su vez otro tipo de tejido. Es posible alimentar células internas de una estructura sin vascularización cuando es de tamaño reducido, pero no en las dimensiones que pueda tener un órgano vital, por ejemplo. 

Por tanto, la bioimpresión se está desarrollando de manera exponencial y probablemente avances que se ven en películas de ciencia ficción sean viables a corto plazo, pero no todavía.

PRODUCTOS SANITARIOS

La  industria de productos sanitarios y la propia medicina se ha revolucionado con la irrupción de la fabricación aditiva. Estos productos se dividen por tipos en función de unos criterios de riesgo establecidos; en España, están regulados por el Real Decreto 1591/2009, de 16 de octubre.

Pero en este caso se propone una clasificación alternativa a la norma para repasar la aplicación concreta de la fabricación aditiva, basada directamente en los requerimientos de la pieza final.

  • Los biomodelos son el primer nivel de producto sanitario. Se trata de la reproducción de la parte del cuerpo de interés destinada a dar soporte a los médicos en la planificación quirúrgica, simulaciones, estudio anatómico, información al paciente…
    Son maquetas que no tienen requerimientos funcionales, por lo que pueden fabricarse en cualquier material y tecnología que esté a disposición. Son más comunes las piezas de termoplásticos como PLA en FDM y resina fotopolimérica en SLA, y también sus respectivas opciones en flexible. Se debe principalmente a que son las alternativas más asequibles económicamente.
    Se incluiría también en este nivel los productos tipo plantillas ortopédicas. Tienen requerimientos geométricos (función de la morfología del pie y la distribución de presiones) y físicos del material (densidad, dureza o resiliencia). Se fabrican en FDM con materiales flexibles o en SLS con polímeros.

| Bio modelo de mandibula fabricada en Impresión 3D. Fuente EDDM

Se propone una clasificación alternativa a la norma para repasar la aplicación concreta de la fabricación aditiva, basada directamente en los requerimientos de la pieza final.

  • Un segundo nivel lo componen las piezas de utillaje. Hablamos de herramientas auxiliares que optimizan las intervenciones.

    Por un lado están las guías, principalmente de corte para estructuras óseas (osteotomía). También se utilizan para accesorios que mejoran la ergonomía en quirófano, como adaptaciones de herramientas para operaciones concretas.

    En este caso aumenta en nivel de exigencia en cuanto a materiales, que han de ser biocompatibles, y también los procesos de fabricación se deben controlar. Como tecnologías se utilizan principalmente FDM y SLA.

| Guías de corte para cirugías realizados por alumnos del Curso Experto en Impresión 3D Biomédico. Fuente EDDM

  • El tercer y último nivel lo componen las prótesis, elementos que sustituyen en la medida de lo posible la parte del cuerpo dañada.La fabricación aditiva permite una libertad de diseño (geometrías orgánicas y estructuras microporosas) que constituye también un avance médico al lograr prótesis que se ajustan más fielmente a la original.

    Desde el punto de vista más ingenieril, tienen desde requerimientos básicos de resistencia hasta complejos de biomecánica. Ejemplos de ello pueden ser una prótesis craneal con la función de proteger el cerebro, y una prótesis en la cabeza del fémur con movimiento relativo respecto a la cadera y que compensa cargas, respectivamente.

    Desde el punto de vista de tecnologías, se utiliza el sinterizado de metal o plásticos (DSLM/SLS) y la fusión por haz de electrones (EBM).

    Por otro lado, la disciplina dental en particular se está beneficiando de las ventajas de la fabricación aditiva por requerimientos como resolución, dimensiones reducidas o versatilidad que se encuentran en las tecnologías SLA.

    Todas ellas comparten los riesgos de infección o rechazo, por ello el campo de desarrollo de materiales e incluso la bioimpresión son clave. Ejemplos de materiales que se utilizan actualmente son el titaneo o algunos plásticos de altas prestaciones.

| Prótesis craneales en impresión 3D. Fuente EDDM

…nos encontramos con cuestiones éticas y legislativas, y se abre un debate interesante cuyas conclusiones podrán ser más limitantes que la propia tecnología.

|  Alumno del Curso de Impresión 3D Biomédico trabajando con imágenes DICOM. Fuente EDDM

Todos estos avances son paralelos a una evolución de la parte de adquisición y procesado de datos clínicos. Los dispositivos de rayos X actuales y el uso de esa información a través de herramientas CAD completa estas actividades, que en definitiva no dejan de ser una aplicación de ingeniería inversa.

Por tanto, en el marco de industria 4.0, se verán también avances en el ámbito software y de digitalización, como simulación del funcionamiento del cuerpo humano, monitorización y control de intervenciones quirúrgicas o el uso de la realidad aumentada.

Por último, comentar que en este ámbito nos encontramos con cuestiones éticas y legislativas, y se abre un debate interesante cuyas conclusiones podrán ser más limitantes que la propia tecnología.

Todas estas aplicaciones de las aplicaciones médicas de fabricación aditiva se desarrollan en profuncidad y con profesores expertos en el tema en el Curso Experto en Impresión 3D Biomédico que imparte EDDM Training en Madrid.

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