Un grupo investigador de la Universidad de Nottingham han descubierto, mediante una nueva forma de impresión 3D, cómo fabricar prótesis u órganos del cuerpo artificiales y otro tipo de dispositivos médicos con una funcionalidad incorporada que ofrece una mejor forma y durabilidad, reduciendo al mismo tiempo el riesgo de infección bacteriana.
De acuerdo con los autores, se trata de una técnica pionera que demuestra que es posible combinar funciones complejas dentro de un dispositivo sanitario personalizado para mejorar el bienestar del paciente, utilizando nuevas tecnologías y diversos materiales. Hoy en día, aseguraron los expertos, la mayoría de los dispositivos médicos producidos en serie no logran satisfacer completamente las necesidades únicas y complejas de sus usuarios. Igualmente ocurre con la impresión 3D en medicina, puesto que cuando se usa un solo material existen limitaciones de diseño que no pueden producir un dispositivo a medida con múltiples funciones biológicas o mecánicas.
Por ejemplo, las articulaciones artificiales que se imprimen para dedos, utilizan piezas de silicona y metal que ofrecen al usuario un nivel estandarizado de destreza, a la vez que son lo suficientemente rígidas para implantarse en el hueso. Sin embargo, como demostrador para el estudio, el equipo fue capaz de imprimir en 3D una articulación de dedo que ofrecía estos dos requisitos en un solo dispositivo, a la vez que podía personalizar su tamaño y resistencia para satisfacer las necesidades de cada paciente.
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¿Cuál es el principal beneficio de esta técnica de impresión 3D?
Pero en la investigación de la que surgió la nueva técnica, los investigadores aplicaron un algoritmo informático para diseñar y fabricar -píxel a píxel- objetos impresos en 3D compuestos por dos materiales poliméricos de diferente rigidez que también evitan la acumulación de biopelículas bacterianas. Al optimizar la rigidez de este modo, consiguieron piezas de forma y tamaño personalizados que ofrecen la flexibilidad y resistencia necesarias.
Para los expertos en este ámbito, un nivel añadido de control del diseño permitió que el equipo haya podido realizar su nuevo estilo de impresión 3D con multimateriales intrínsecamente resistentes a las bacterias y biofuncionales. Lo más importante es que esto permite la implantación de los órganos artificiales y combatir las infecciones (que pueden producirse durante y después de la cirugía) sin necesidad de utilizar fármacos antibióticos añadidos.
El equipo también utilizó una nueva técnica de caracterización de alta resolución (3D orbitSIMS) para trazar un mapa tridimensional de la química de las estructuras impresas y comprobar la unión entre ellas en toda la pieza. De este modo, se comprobó que, a muy pequeña escala, los dos materiales se entremezclaban en sus interfaces, lo que indica que la unión es buena y que es menos probable que el dispositivo se rompa.
Antes de comercializar la técnica de impresión 3D, los investigadores planean ampliar sus posibles usos probándola en materiales más avanzados con funcionalidades adicionales como el control de las respuestas inmunitarias y la promoción de la fijación de las células madre.
A futuro, se espera que el innovador proceso de diseño pueda aplicarse para imprimir en 3D cualquier dispositivo médico que necesite formas y funciones personalizables. Por ejemplo, el método podría adaptarse a la creación de una prótesis o articulación de una sola pieza para sustituir un dedo o una pierna perdidos que se adapte perfectamente al paciente para mejorar su comodidad y la durabilidad de la prótesis; o a la impresión de píldoras personalizadas que contengan múltiples fármacos -conocidos como polipíldoras- optimizadas para liberarse en el cuerpo en una secuencia terapéutica prediseñada.
El estudio ha sido realizado por el Centro de Fabricación Aditiva (CfAM). Los resultados completos se publican en Advanced Science.
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