Entre las tecnologías que se espera ver resultados en este mismo año 2022 es la de los implantes óseos usando Impresión 3D ( o Manufactura Aditiva). Se está trabajando en múltiples frentes y para entender mejor los avances es interesante revisar el esfuerzo que está haciendo un equipo de investigación en Northwestern University dirigido por el Doctor Ramille Shah, PhD. Ellos han desarrollado un biomaterial muy promisorio para la mejora de la regeneración de huesos. Se trata de una tinta imprimible que produce un implante de hueso sintético que rápidamente induce regeneración del hueso y crecimiento. Este 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. Esto puede llevar a complicaciones y a generar 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 opciones, 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

El material desarrollado en el proyecto Shah es una mezcla de hidroxiapatita (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 a los niveles nano, 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 y reaccionan 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 caso que se requiera, se puede combinar con diferentes factores de crecimiento, para realzar la regeneración. 

Personalización      

Una de las principales ventajas es que el producto final se puede personalizar para el paciente. En cirugías de trasplantes de hueso tradicionales, el hueso – después de tomado de otra parte del cuerpo – debe ser formado 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 material de auto-injerto. 

No es difícil imaginar que eventualmente los hospitales tendrán impresoras 3D, donde los implantes personalizados son impresos mientras el paciente espera. Se puede estimar que un implante especializado debería completarse en 24 horas, y ello cambiaría el mundo de las cirugías craneofaciales y las ortopédicas, y también debe mejorar los resultados. 

El mercado de Impresión 3D

Las primeras experiencias de Impresión 3D aparecieron en 1980. El despegue de la tecnología tomó más de una década e 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 manufactura descentralizada, almacenaje digital y producción contra demanda. 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” que 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

Se hace referencia a A new type of 3D printing may bring it into the mainstream, y . La imagen es cortesía de piqsels.