Impresión 3D

Fecha de publicación : 03 October 2024

Publicado por : Ipseeta Dash

La impresión 3D no es un concepto nuevo. Se remonta a la década de 1980. No solo ha revolucionado la industria manufacturera, sino que también ha impactado en otros sectores como la construcción, los viajes espaciales y la salud. En el campo de la medicina, la impresión 3D se utiliza ampliamente en ortopedia, pediatría, radiología, oncología y otros departamentos para la fabricación de prótesis, órganos de reemplazo y equipos médicos.

¿Qué es la impresión 3D? ¿Cómo está tomando forma?

¿La industria de la salud está en crisis?

La impresión 3D es un método de fabricación aditiva en el que se sigue un plano digital para crear un objeto tridimensional, capa por capa, utilizando materiales como metales, plásticos y cerámica.

Si bien existen empresas de impresión 3D que imprimen estos objetos a gran escala, la producción bajo demanda de productos médicos se lleva a cabo en el centro de atención al paciente, en lo que se conoce como fabricación en el punto de atención. Estos productos se fabrican según las necesidades físicas y personales del paciente. Son más ligeros, resistentes y seguros que los fabricados con métodos tradicionales. Su producción requiere menos tiempo: lo que antes tardaba una semana, ahora se produce en menos de un día.

Hoy en día, el número de hospitales con instalaciones de impresión 3D internas aumenta constantemente. En EE. UU., el número de hospitales aumentó de 5754 en 2010 a 6093 en 2020, según las estadísticas de la Asociación Americana de Hospitales (AHA) (véase la Figura 1). Incluso la FDA ha aprobado regularmente productos médicos fabricados con tecnología de impresión 3D.

Tecnología de impresión 3D

Aplicaciones, tendencias y desafíos

Implantes y prótesis

La impresión 3D de metal ayuda en la producción de implantes duraderos con mejor adaptación y rendimiento para rodillas, columna, caderas y cráneos.

Mediante la fusión por haz de electrones (EBM), el metal se funde capa a capa con la ayuda de un haz de electrones, produciendo así implantes precisos. Estos implantes imitan la esponjosidad del tejido óseo normal, lo que permite su asimilación en la estructura ósea. Por otro lado, las prótesis oncológicas impresas en 3D son ampliamente utilizadas por los oncólogos para construir diferentes partes del cuerpo humano que han perdido su funcionalidad debido al cáncer.

Las prótesis están disponibles en todas partes en tamaños predefinidos, pero personalizarlas con métodos tradicionales requiere miles de dólares y mucho tiempo. Esto afecta a los niños cuyas prótesis se quedan pequeñas y necesitan piezas de repuesto personalizadas.

En 2016, Lyman Connor y Eduardo Salcedo crearon la prótesis Mano-matic de Lyman, que ofrece prótesis biónicas impresas en 3D a pacientes que no pueden costear las prótesis convencionales. Su coste es menor y su fabricación se realiza en menos tiempo.

Odontología digital

En odontología, la impresión 3D se utiliza para la fabricación de prótesis dentales, guías quirúrgicas, modelos de puentes y alineadores invisibles. Anteriormente, estos alineadores transparentes se producían mediante una combinación de procesos manuales y de fresado que resultaban engorrosos. La impresión 3D ha acelerado el proceso, ya que se pueden fabricar moldes personalizados a partir de escaneos digitales de pacientes.

Según los informes, se prevé que la industria de implantes dentales impresos en 3D alcance casi USD 8.800 millones para finales de 2027, con más de 450 millones de dispositivos y restauraciones odontológicas fabricados cada año.

Modelos anatómicos

Con la ayuda de impresoras 3D, los especialistas pueden producir réplicas exactas de partes del cuerpo humano mediante resonancias magnéticas y tomografías computarizadas, como el pulgar impreso en 3D, lo que permite a los cirujanos prepararse con antelación para cirugías complicadas. Por ejemplo, en 2016, un niño en Irlanda tuvo que ser operado para mejorar la rotación de su antebrazo. Las tomografías computarizadas y las radiografías mostraron una deformidad ósea. Pero el cirujano decidió imprimir un modelo 3D de la parte afectada para investigar más a fondo. Descubrió que había algo más que impedía la rotación del brazo y no los huesos deformados, como mostraban las tomografías. Una vez que se descubrió la verdadera razón, la operación tardó menos de 30 minutos en completarse, en lugar de las 4 horas planificadas inicialmente para la osteotomía. El paciente pudo recuperar el 90 % de la rotación de sus brazos en 4 semanas. El tiempo de recuperación, el dolor y las cicatrices se redujeron considerablemente.

Un informe de 2020 defendió el uso de modelos anatómicos 3D como guías quirúrgicas y afirmó que reducía el tiempo quirúrgico en más de 60 minutos a 2,5 horas, lo que se traduce en un ahorro de alrededor de USD 3.500 por cirugía.

Dispositivos médicos

La gran mayoría de las 50 principales empresas de dispositivos médicos utilizan la impresión 3D para generar prototipos precisos. Esta tecnología desempeña un papel fundamental en la rápida implementación de equipos médicos, solucionando así los problemas de la cadena de suministro.

Los instrumentos quirúrgicos, como mangos de bisturí, fórceps y pinzas, se imprimen en 3D con materiales como acero inoxidable, nailon, aleaciones de titanio o níquel, según las necesidades del cirujano. Estos instrumentos ayudan a los médicos a realizar cirugías más eficaces y eficientes.

Endocon GmbH, fabricante alemán de dispositivos médicos, utiliza una impresora 3D de metal para crear herramientas quirúrgicas para la extracción de la copa acetabular. Anteriormente, este procedimiento se realizaba con un cincel, lo que podía dañar el tejido y los huesos. La herramienta endoCupcut de Endocon, fabricada en aleación de acero inoxidable, puede cortar a lo largo de la copa acetabular en tres minutos con mayor precisión.

En la lucha contra la pandemia de Covid-19

Se observó un uso significativo de la impresión 3D para la fabricación de diversos equipos médicos desechables de un solo uso. Mediante la tecnología de impresión 3D y el uso de plásticos médicos, se fabricaron diversos productos para uso tanto del personal sanitario como de los pacientes (véase la Figura 2). El mercado de la impresión 3D para el sector sanitario creció drásticamente durante la pandemia mundial, debido a la intensa presión sobre los centros médicos para que desplegaran rápidamente equipos de protección individual (EPI) y dispositivos médicos.

Un equipo de la Universidad de Salud y Ciencias de Oregón respondió a la escasez mundial de respiradores desarrollando respiradores de bajo costo que podrían fabricarse rápidamente utilizando tecnología de impresión 3D.

Medicina regenerativa

En todo el mundo, el número de pacientes que necesitan órganos está aumentando, al tiempo que existe una escasez de donantes disponibles. La medicina regenerativa busca crear órganos para trasplantes mediante andamiajes, biomateriales o células, reduciendo así la dependencia de los donantes de órganos.

En 2019, científicos de la Universidad de Tel Aviv crearon el primer corazón 3D con materiales biológicos de un paciente. La diminuta réplica tenía el tamaño del corazón de un conejo. Creen que la misma tecnología puede utilizarse para crear corazones humanos de mayor tamaño.

Aunque aún quedan muchos obstáculos por superar para bioimprimir y trasplantar en 3D órganos complejos como el corazón o el hígado, desde principios del siglo XXI se han desarrollado y trasplantado órganos como la vejiga.

Medicina de precisión

Las impresoras 3D en farmacias y hospitales permiten a farmacéuticos, médicos y enfermeros administrar la dosis y el sistema de administración de los medicamentos según el peso, la edad, el estilo de vida y el sexo del paciente. Spritam, de Aprecia Pharmaceuticals, para el tratamiento de la epilepsia, es el primer fármaco impreso en 3D aprobado por la FDA.

Los pacientes con diversas afecciones deben tomar múltiples medicamentos a distintas horas del día, lo que puede dificultar el mantenimiento de un horario. Las polipíldoras impresas en 3D contienen múltiples compartimentos y perfiles de liberación de fármacos, y pueden gestionar diferentes dosis, así como interacciones entre fármacos, eliminando la necesidad de programar y realizar un seguimiento estricto.

I+D optimizada, eliminando la necesidad de realizar pruebas con animales

La industria farmacéutica invierte más de 55 000 millones de dólares anuales en investigación y desarrollo. Gracias a la bioimpresión, los investigadores pueden replicar órganos y otras partes del cuerpo humano para comprobar la eficacia de un fármaco sin necesidad de experimentar con animales ni con el cuerpo humano. Los tejidos y órganos bioimpresos se utilizan ampliamente para aumentar la tasa de éxito de los ensayos clínicos, reducir los daños causados ​​a los animales y, al mismo tiempo, optimizar y acelerar todo el proceso de I+D.

Inteligencia artificial en la impresión 3D

La integración de la IA en la impresión 3D ha supuesto una importante transformación en la gestión de las operaciones de fabricación de las empresas. Desde el diseño y desarrollo del producto hasta su fabricación y utilización, la tecnología de IA puede optimizar toda la cadena de suministro. Al automatizar el proceso de impresión, la IA puede minimizar la posibilidad de errores humanos.

El papel de la FDA en la regulación

Tecnología de impresión 3D en el sector sanitario

La Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) regula los productos fabricados mediante impresión 3D, no las impresoras 3D en sí. El ámbito regulatorio depende del tipo de producto que se imprime mediante el uso de diferentes materiales (véase la Figura 3), su uso y los riesgos de seguridad asociados.

La impresión 3D plantea desafíos de supervisión debido a la fabricación descentralizada de productos personalizados, como la impresión 3D de implantes médicos, por parte de organizaciones o personas con un conocimiento limitado de las regulaciones de la FDA. La FDA trabaja arduamente para garantizar que los fabricantes cumplan con prácticas de fabricación éticas y que los productos cumplan con los estándares de seguridad. Sin embargo, cuando la impresión 3D se realiza en el punto de atención, la supervisión puede ser un desafío.

Desafíos del reembolso

Un implante espinal impreso en 3D aprobado por la FDA puede ser elegible para reembolso, pero los modelos 3D de la anatomía del paciente impresos antes de la cirugía podrían no serlo. Esta falta de reembolso puede ser un obstáculo importante para los hospitales que planean establecer laboratorios de impresión 3D. Afortunadamente, las organizaciones sanitarias se esfuerzan por cambiar esta situación. La Asociación Médica Estadounidense (AMA) aprobó recientemente cuatro códigos de Terminología de Procedimientos Actuales (CPT) de Categoría III que abordan el reembolso de modelos anatómicos impresos en 3D y herramientas de corte o perforación personalizadas impresas en 3D.

Perspectivas globales para la impresión 3D

Tecnología en la atención sanitaria

Se espera que el crecimiento de la impresión 3D en el mercado sanitario esté impulsado por la creciente demanda mundial de implantes y prótesis, y la creciente necesidad de los proveedores de servicios sanitarios de reducir los costes de dichos servicios (véase la Figura 4). Con los desarrolladores creando productos bajo demanda, los niveles de inventario se reducirán drásticamente. Por ejemplo, los hospitales estadounidenses generan más de 2,2 millones de toneladas de residuos médicos al año. Una gran proporción de estos residuos son suministros y equipos médicos sin utilizar. En ocasiones, estos productos médicos, perfectamente utilizables, ni siquiera se sacan de su embalaje antes de ser reemplazados por modelos más nuevos.

La región Asia Pacífico está logrando un progreso considerable en el mercado de la impresión 3D. Se proyecta que invertirá más de 3500 millones de dólares en impresión 3D en los próximos dos años y crecerá a la tasa más alta, un 18,5 %, en comparación con América del Norte y Europa. Hasta hace poco, la región se mostraba reticente a adoptar plenamente la impresión 3D, pero el creciente interés en la tecnología por parte de las empresas manufactureras y la implementación de numerosas estrategias y políticas por parte de los gobiernos han impulsado a varios países de la región a crear un entorno favorable para el crecimiento de la impresión 3D.

China es líder en impresión 3D entre los países asiáticos. Su mercado alcanzó un valor de 1.750 millones de dólares en 2018. Además de China, Corea del Sur parece ser un mercado enorme para la impresión 3D. Aún existe un gran potencial sin explotar para la adopción y el crecimiento a gran escala de la impresión 3D en la región Asia-Pacífico.

CAGR de diferentes mercados asociados con la impresión 3D en

Atención sanitaria durante el período 2023-2035

El futuro de la impresión 3D

Tecnología en la atención sanitaria

Se espera que la estereolitografía de escritorio permita a los profesionales médicos desarrollar nuevos dispositivos y productos precisos y asequibles para brindar atención médica equitativa en todo el mundo.

Con los avances en las tecnologías de impresión 3D y la disponibilidad de diferentes tipos de materiales de impresión 3D, habrá una mayor personalización y sofisticación de la atención. La impresión 3D abre una ventana de oportunidades para la innovación en la atención médica, pero para optimizar completamente los beneficios de la tecnología, será necesario abordar los desafíos relacionados con el reembolso, las regulaciones y la seguridad.

La impresión 3D será una de las tecnologías clave que generará una transformación emocionante y valiosa del sistema de salud actual a largo plazo.