IMPRESION 3D by Patricia Calvo

NOMBRE: Patricia Calvo Romero

CURSO: 1ยบB

ESPECIALIDAD: Interiores

ASIGNATURA: Tecnología Digital

FECHA: 10/05/2016

01 Cortex: Una f茅rula impresa en 3D

innovadoras aplicaciones de la impresi贸n 3D en la Medicina

HU IMPRES

UESOS SOS EN 3D

IMPRIMIENDO ORGANOS en 3D

IMPRIMIENDO CÉLULAS MADRE

Cortex: Una férula impresa en 3D Diseñado por Jake Evill, la Cortex soluciona los problemas que acarrea tener una férula de yeso

Todo el que se haya roto un hueso sabe cómo de molesta puede llegar a ser una escayola: pesa, provoca picores, hace que perdamos músculo, no se puede mojar… Y, aunque sigue siendo el método de inmovilización por excelencia, es posible que sea por poco tiempo: la startup biotecnológica Exovite con Jack Evill a la cabeza ha diseñado un sistema en 3D, conocido como Cortex que sirve para imprimir unas férulas a medida con las que inmovilizar y rehabilitar traumatismos.

Bajo el lema de “un exoesqueleto que protege al esqueleto interno” la Cortex consiste en una ligera pero resistente red de nylon que se adapta perfecto al antebrazo. El patrón de la red está relacionado con la tensión de la férula, dejando la parte de la lesión con agujeros más pequeños para que exista mejor soporte. Debido a su diseño el aire circula libremente, es resistente al agua y tan delgada y discreta que se podrá ocultar bajo la ropa.

VENTAJAS: • Se reduce el peso: es 10 veces más ligera que una férula convencional • Se gana movilidad. • Se evitan los picores y permite una higiene adecuada, ya que el usuario se puede duchar. • Su estructura externa en forma de panal de abeja permite que la piel respire. • Además, esta férula es customizable.

los sistemas de inmovilización– es el de la atrofia muscular posterior a la inactividad prolongada, de ahí que suela ser necesario hacer rehabilitación. Para evitar este problema, en Exovite han creado un electro-estimulador que el paciente puede controlar con su móvil a través de una app: el teléfono emite una señal de alarma, el paciente activa la aplicación y ésta, tras Un problema habitual con las valorar el estado muscular, inicia un escayolas –y, en general, con todos tratamiento de electroestimulación. El proceso es el siguiente: cuando un paciente se hace una fractura que requiere inmovilización, se escanea la zona para captar las formas del área lesionada y determinar el tamaño de la férula; a continuación, y con la ayuda de un software que calcula los parámetros y dimensiones exactas, se inicia la impresión a medida, que finaliza en menos de un minuto.

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Un antecedente de esta prótesis lo tenemos en el Exoesqueleto Cortex. Elaborada a base de nylon y utilizando también impresión 3d, únicamente sirve para la inmovilización, no para la rehabilitación. El diseñador Deniz Karashin propuso la férula LIPUS, que emitía ultrasonidos que favorecían la rehabilitación muscular. Pero sus elevadísimos costes de producción, unidos a la disparidad de sus resultados, no han favorecido su comercialización. El MAZ de Zaragoza será, a partir de septiembre, el primer hospital del mundo en incorporar esta tecnología, que permitirá disminuir el tiempo de rehabilitación del paciente.

La estructura se diseña tras realizar la radiografía de la lesión y un modelo de la extremidad creado a través de un scanner poniendo un refuerzo extra en la zona donde está la fractura o el esguince. Una vez impresa la estructura (proceso que toma cerca de tres horas), se cierra sobre la extremidad usando un sistema incorporado en la impresión que no se pueden deshacer hasta que el proceso de curación este completo.

De acuerdo a Evill, el doctor podría usar un software para desarrollar una férula que se adapte mejor a la lesión que tenga el paciente. Luego con ayuda de una impresora en 3D tendría solucionado el problema, aunque comparándolo con el proceso tradicional el imprimir una férula como la Cortex tarda tres horas y el proceso de ensamble entre 24 y 72 horas. Esto podría optimizarse a medida que avanza la tecnología de impresión.

innovadoras aplicaciones de la impresión 3D en la Medicina LA MEDICINA TAMBIÉN SE BENEFICIA DEL AVANCE TECNOLÓGICO DE LA IMPRESIÓN 3D

La impresión 3D es un tema fascinante en el que ya nos encontramos “tomando la ola” para integrarla a la vida diaria. Es común que haya noticias de nuevos avances, aplicaciones y tipos de impresoras que comienzan a ser accesibles para todos los bolsillos. En el caso de la Medicina, la impresión 3D, también se beneficia de los avances tecnológicos de esta peculiar forma de impresión. Hace poco pude ver una impresora 3D en acción, en el Campus Party México 2014 y a pesar de que era un proyecto

pequeño me dejó hipnotizada, todos los asistentes también estaban fascinados de acercarse a esta técnica. Así pues, en la Medicina las aplicaciones de la impresión 3D se extiende cada vez más, alimentos impresos en 3D para personas con disfagia, fajas para la escoliosis por citar un par de ejemplos. Pero al revisar las demás incursiones de la impresión 3D en la Medicina encontré 3 grandes áreas, de las cuales hay ejemplos y estudios que se trabajan en este momento que bien vale la pena conocer.

La ingeniería de tejidos es una de las grandes promesas de la medicina regenerativa. El último de estos avances lo ha dado el grupo de investigación en medicina regenerativa del Centro Médico Baptista Wake Forest (Winston-Salem, EE UU). Dirigidos por Anthony Atala, han creado una impresora de material vivo o bioimpresora. Su nombre o siglas es ITOP. El artilugio es algo aparatoso, pero no más que otras impresoras 3D de uso industrial. Pero ITOP imprime estructuras vivas en vez de cosas. “Esta nueva impresora de tejidos y órganos es un importante avance en nuestro objetivo de crear tejido de reemplazo para los pacientes, dice en una nota el doctor Atala, que ya hace unos años consiguió crear cartílago con una impresora de inyección de tinta. Ahora han perfeccionado el sistema. “Puede fabricar tejidos a escala humana de cualquier forma y estables. Con su desarrollo, esta tecnología podría usarse para imprimir estructuras de tejidos y órganos para su implantación quirúrgica”, añade.

Huesos impresos en 3D ITOP parte de aquellos primeros trabajos. La impresora realiza un doble proceso. Por un lado, usa polímeros para recrear una matriz con la estructura básica del tejido a imprimir. Por el otro, sobre esa estructura inyecta un hidrogel enriquecido con las células de interés. Por ejemplo, precursores de las fibras musculares, mioblastos, para imprimir un músculo, o condrocitos si lo que se trata es de crear una oreja u otro tejido cartilaginoso. Los investigadores usaron también células madre procedentes de líquido amniótico humano como base para imprimir una mandíbula o una porción del cráneo. El principal problema hasta ahora en este punto del proceso era conseguir que el biomaterial

impreso no solo se mantuviera vivo, sino que sirviera de base para que las células proliferaran a lo largo de la estructura. Según los resultados de su investigación, publicada en Nature Biotechnology, tanto las células usadas para el tejido muscular, como los de huesos o las de la oreja seguían vivas seis días después de su impresión y habían iniciado procesos de proliferación celular. Lo siguiente fue probar su viabilidad tanto estructural como funcional. Cada una de las impresiones fue implantada en diferentes modelos animales, ratas y ratones. En los cuatro casos, la supervivencia celular superó el 90% y en todos ellos, los tejidos impresos fueron capaces de proliferar, generando nuevo

tejido. Una de las claves para esta regeneración parece haber sido la inclusión de microcanales dentro la estructura impresa que, como si fuera un sistema vascular propio, permitieron la circulación del oxígeno y los nutrientes. “Nuestros resultados indican que la formulación de biotintas que hemos usado, combinado con los microcanales, ofrece el ambiente adecuado para mantener las células vivas y soportar el crecimiento celular y de los tejidos”, explica Atala. Aún queda lo más difícil, repetir estos resultados con humanos. Pero el Ejército de EE UU, que es el que ha financiado esta investigación por sus grandes posibilidades con los heridos de guerra, está decidido a que la impresora de huesos sea una realidad.

En la bioimpresión, los científicos obtienen células humanas de biopsias o de células madre, y permiten que se multipliquen en una placa de Petri. La mezcla resultante, es una especie de tinta biológica, que se introduce en una impresora 3D, que está programada para organizar diferentes tipos de células, junto con otros materiales, en una forma tridimensional precisa. Los médicos esperan que cuando se coloque en el cuerpo, estas células se integrarán con los tejidos existentes. Una de las complicaciones más grandes para la impresión de órganos humanos es el sistema vascular de ellos que permite la irrigación sanguínea, pero este punto parece estar solventado con los nuevos resultados de investigaciones de las distintas universidades como, la de Sydney, Harvard, Stanford y el MIT.

IMPRESIÓN 3D DE ÓRGANOS HUMANOS

Los investigadores utilizaron una bioimpresora muy avanzada para la fabricación de fibras diminutas interconectadas, lo que representaría la estructura vascular compleja de un órgano. Se recubrieron las fibras con células humanas endoteliales y luego se cubrió con un material a base de proteínas, rico en células. Después, el material se endureció con la aplicación de luz. Una vez endurecido los investigadores retiraron cuidadosamente las fibras recubiertas, dejando atrás una intrincada red de pequeños espacios en todo el material celular endurecido, después de una semana se encontró que estaba auto organizado en capilares estables.

Imprimiendo células madre

Las células madre embrionarias son aquellas capaces de mantener su pluripotencial, es decir, de generar posteriormente las características que las diferenciarán en cualquier otro tipo de célula (óseas, cerebrales, musculares…). La impresión 3D ha permitido que un grupo de la Universidad escocesa Heriot Watt produzca racimos de células madre. El método usado es el de la impresión basada en válvulas, para manterner estas células en un alto nivel de viabilidad, y producir esferoides de un tamaño uniforme con una precisión adecuada, tal como han publicado en la revista especializada Biofabrication.

Estos científicos se han interesado particularmente en las células hepáticas, debido a su importancia en el metabolismo de medicamentos y drogas en el organismo. Actualmente, la experimentación en el campo farmacéutico se realiza usando células, o directamente animales, por lo que la capacidad de imprimir y generar tejido tridimensional humano permitirá modelizar los test farmacéuticos, e incluso, eliminar la experimentación sobre animales. Por otro lado, también podria ser el futuro de la “medicina personalizada”, aunque los costes de esto todavía son extremadamente altos, pero se espera que algún dia, uno pueda probar su medicamento de esta forma, antes de tomarlo.

Finalmente, abre la puerta a la “implantación” in situ de estas células, dentro del propio cuerpo, para evitar los rechazos asociados al transplante de órganos, lo cual podría ahorrar numerosos costes en el futuro. Pero hablamos de un futuro muy lejano, de momento, ya que para conseguir (generar un órgano completo) se necesita introducir delicadas estructuras vasculares dentro del órgano, para transportar los nutrientes y eliminar los desechos, para poder garantizar la supervivencia del mismo. Por supuesto, a la hora de trabajar con células madre embrionarias, se ha de tener en cuenta el factor ético, y es que para generarlas se han de destruir embriones; por otro lado, una vez tenemos las células madre, estas pueden ser replicadas en el laboratorio de forma indefinida, lo cual también genera cuestiones éticas.

Hay otras formas de aproximarse a esta biotecnología, por ejemplo las células llamadas iPS (induced Pluripotent Stem Cells), que pueden ser generadas sin destruir embriones humanos; se obtienen desde cualquier célula, como por ejemplo la piel, y se llevan a su estado embrionario, en el cual no se pueden distinguir de las células madre embrionarias. Pero esa tecnología no está tan madura y por ello se siguen usando las embrionarias, aunque por

supuesto, se sigue investigando en ello para obtener resultados a largo plazo, que no impliquen la destrucción de embriones. Otra aplicación de esta tecnología sería introducir, mediante técnicas poco invasivas, como la laparoscopia, un microextrusor dentro del órgano dañado, de forma que se pudiera regenerar directamente, incluso dentro del cuerpo.

BIBLIOGRAFÍA

• http://impresiontresde.com/blog/9-aplicaciones-medicas-de-la-impresion-3d/ • http://www.evilldesign.com/ • http://hipertextual.com/2014/07/impresion-3d-medicina • http://elpais.com/elpais/2016/02/15/ciencia/1455549450_487184.html • https://www.ted.com/talks/neri_oxman_design_at_the_intersection_of_technology_and_ biology#t-567543