Llega la impresión 3D para reemplazar partes del cuerpo, crear fármacos inteligentes y darnos superpoderes

En los años 50 del siglo XX se inventó la tecnología de inyección de tinta que todos conocemos de nuestras impresoras, pero por aquél tiempo pocos podían esperar que esta misma técnica permitiría imprimir figuras tridimensionales, incluyendo edificios enteros, prótesis y órganos humanos. Aunque la idea de la impresora 3D se contemplaba en teoría, hubo que esperar hasta 1983 para ver la primera pieza real. Hoy los avances en la química de los materiales y la bajada de los precios de la tecnología hacen la impresión 3D una pieza clave de la exploración espacial, el arte, la alimentación, la educación, la construcción y, uno de los más interesantes, el campo de la medicina.

¿Cómo funciona una impresora 3D?

Todo diseño impreso en 3D comienza con un diseño virtual, que deberá ser muy preciso para poder llegar a plasmar a la perfección lo que se quiere crear. Ese diseño con ordenador, una vez terminado, se dividirá virtualmente en cientos y miles de capas, como si fueran rebanadas, por un proceso denominado slicing. Las capas se envían a la impresora 3D para que ésta deposite el material siguiendo su forma. Añadiendo una capa sobre otra se completa la pieza final.

Hay muchos tipos de impresoras y muchos tipos de materiales con los que generar la pieza en 3D como el plástico, el metal o la resina. La mayoría de impresoras tienen una boquilla que aplica el material fundido en forma semilíquida, que se solidifica instantáneamente al depositarlo.

Las innovaciones se están produciendo sobre todo en los materiales, ya que uno de los primeros problemas de las piezas creadas en 3D era su fragilidad. En el centro tecnológico AIMPLAS se están desarrollando materiales para impresión 3D a partir de bioplásticos y plásticos reciclados, así como sistemas de impresión que permiten aplicar distintos materiales a la vez, buscando así mejores propiedades mecánicas.

Por su parte, el Centro Tecnológico de Cataluña Eurecat ha desarrollado la tecnología CFIP (Continuous Fibre Injection Process) para inyectar fibras continuas, por ejemplo, de fibra de carbono, dentro de piezas ya terminadas, lo que permite reforzar todo tipo de materiales.

La impresión 3D en la medicina

En 2017, el doctor Lai Quingguo del Hospital Universitario de Shandong, en China, se encontró con un caso complicado. Un niño de tan solo diez años presentaba un tumor en la mandíbula poco frecuente y hubo que operarle para extirpárselo. La operación concluyó con éxito, pero el maxilar inferior quedó dañado provocando al pequeño una gran deformación facial, dolores e incluso dificultad para hablar y comer.

Descartando las técnicas habituales de injertos óseos en un niño tan pequeño, el doctor Lai pidió autorización para diseñar una mandíbula de titanio en 3D. La prótesis se adaptó perfectamente al cuerpo del niño y a día de hoy su cara no presenta ninguna deformidad.

«Hemos reducido el tiempo de fabricación a 72 horas tras la validación del diseño por parte del doctor” David Alonso, Jefe de Tecnología de Customimplants.

Los mayores avances se están produciendo en la fabricación de prótesis. Customimplants, una empresa gallega, es la primera en el país que fabrica prótesis y órtesis a medida. “Hemos desarrollado una plataforma online que nos permite comunicarnos con el doctor en todo momento y fabricar así la pieza lo más personalizada posible para el paciente”, afirma David Alonso, su Jefe de Tecnología. Al igual que en el doctor Lai, ellos también utilizan el titanio en por su ligereza, resistencia, biocompatibilidad y durabilidad.

Según la Organización Mundial de la Salud, 2,6 millones de personas mueren a causa de errores médicos en países en vías de desarrollo, algo que también afecta a uno de cada diez pacientes en países desarrollados. La tecnología 3D podría reducir estas cifras.

Con impresión 3D es posible reproducir con exactitud huesos y órganos de pacientes sobre los que los cirujanos puedan practicar una intervención y conseguir posteriormente que la operación mucho más precisa, efectiva, y con una recuperación más rápida del paciente.

Los fármacos y los órganos 3D que vienen

¿Cuál es la dosis adecuada de un medicamento? Depende de cada caso, y sin embargo, en el mercado se encuentran pastillas con dosis estándar. Aquí es donde las impresoras 3D son capaces de ajustar individualmente la cantidad e incluso la forma de cada pastilla, no solo para cada paciente, sino para cada etapa del desarrollo de una enfermedad.

Según la OMS 134 millones de personas sufren al año los errores médicos y 2,6 millones mueren debido a ellos. Gracias a la tecnología 3D estas cifras podrían reducirse

Otro gran desafío de la medicina es encontrar donantes de órganos. Las impresoras 3D, usando células madre del propio paciente y otros materiales de soporte, son capaces de crear tejidos, por ejemplo, implantes de piel para quemaduras graves. Aunque a día de hoy está todavía en fase de investigación, se espera poder imprimir órganos completos en un futuro muy cercano, lo que además permitirá abandonar la experimentación con animales.

Prótesis para el mundo

La empresa española Ayúdame3D se dio cuenta de la gran desventaja de los países en vías dedesarrollo para acceder a la tecnología 3D y quiso aportar su granito de arena. En concreto, 83 millones de personas tienen alguna amputación y no pueden permitirse ninguna prótesis o dispositivo de ayuda.

«La impresión en 3D no sustituye a la producción tradicional, sino que la complementa». Guillermo Martínez Gauna-Vivas, director de Ayúdame3D

“Ayúdame3D nace tras un viaje a Kenia en el que entregamos cinco brazos mecánicos impresos en 3D, uno de ellos el primer brazo mecánico para personas sin codo impreso en 3D. Al ver los buenos resultados, decidimos no quedarnos ahí y seguir entregando estos dispositivos a cualquier persona que los necesite del mundo de manera gratuita”, cuenta Guillermo Martínez Gauna-Vivas, director de Ayúdame3D. La entidad tiene la primera granja social de impresión 3D de todo el mundo, a la que puede acceder desde su web.

Prótesis para todos: Organizaciones como Ayúdame3D pone la tecnología de impresión en tres dimensiones al alcance de los más necesitados, los países en vías de desarrollo donde las prótesis asequibles pueden cambiar las vidas de los pacientes

Un paso más allá: impresión 4D

La impresión en 4D es un concepto relativamente nuevo y sus orígenes se remontan a 2013. Mientras que la impresión en 3D genera objetos fijos, la impresión en 4D permite crear objetos que son capaces de cambiar de color, de forma y de tamaño, gracias a la utilización de lo que se conoce como materiales inteligentes. Estos compuestos químicos se pueden programar para que sufran ciertas modificaciones a medida que pasa el tiempo o cuando cambia su entorno.

LA PIEZA QUE TE FALTARÁ MAÑANA: La impresión 4D permitirá crear prótesis con materiales inteligentes que se adaptan a los cambios que experimenta la persona en el tiempo.

Esta tecnología está dando sus primeros pasos, ya que los materiales para la impresión en 4D son aún limitados. Se está experimentando con polímeros con memoria de forma (PMF), capaces de mantener un tamaño microscópico durante un tiempo y luego volver a su forma original por el efecto de algunos factores externos como el calor.

Una de las posibles aplicaciones son las operaciones en niños. El pequeño al que el doctor Lai implantó una mandíbula necesitará nuevas operaciones cuando crezca. Con la impresión 4D los implantes infantiles podrían ir cambiando de forma a medida que el niño crece, y adaptarse a él en cada una de sus etapas.

Otra aplicación son los fármacos inteligentes. Pastillas impresas en materiales programables que liberen sus componentes dependiendo de la temperatura del cuerpo del paciente. De esta manera, solo actuarían cuando el paciente, por ejemplo, tuviera fiebre. Quizá en el futuro cercano la química de los materiales nos dará superpoderes.