lunes, 9 de noviembre de 2015

Revista Noviembre

¿Qué es la Impresión 3D?

Se entiende por impresión 3D como el proceso de sintetizar una maqueta digital de un objeto, por medio de la superposición de capas horizontales del material a utilizar, formando el objeto en cuestión1 .


Estas impresoras funcionan como las impresoras de chorro de tinta, en vez de tinta, las impresoras 3d depositan el material deseado en una serie de capas sucesivas para crear un objeto procedente de un formato digital, que puede ser tanto descargado como creado por el mismo usuario, por medio de un programa de diseño tridimensional (diseño que a su vez puede ser compartido por diversos sitios de internet).

Una tecnología no tan nueva

A pesar de ser un producto relativamente nuevo, el uso que se les da a las impresoras 3D es de lo más variado, abarcando distintas áreas y ofreciendo un uso tanto industrial como personal, siendo actualmente utilizado en: “Prótesis, piezas de ingeniería – Airbus yBoeing imprimen piezas en 3D para susaviones-, juguetes, joyas y esculturasbasadas en geometría tridimensional,objetos de uso común o para decorar,comida impresa en restaurantes ypanaderías, tejidos impresos a partir decélulas madre, incluso armas, jardines,ropa y calzado personalizado,instrumentos musicales, hamburguesas yterrones de azúcar, muebles o casas yhasta coches.”2

La impresión 3D nace antes de lo que uno podría haberse imaginado. Todo inicia con la llegada de la impresora de inyección de tinta y con su posterior transformación para comenzar a usar materiales en vez de tinta. A lo largo de las últimas décadas, ha habido una gran variedad de aplicaciones de la tecnología de impresión 3D que se han desarrollado a través de varias industrias3

1. Hitos de la impresión 3D en el área médica

i. → Invención de la estereolitografía (Charles Hull)

ii. → (1992) FABRICACIÓN DE PROTOTIPOS CAPA POR CAPA

iii. → (1999) ÓRGANOS DE INGENIERÍA TRAEN NUEVOS AVANCES EN MEDICINA

iv. → (2002) UN RIÑÓN 3D EN FUNCIONAMIENTO

v. → (2005) Dr. Adrian Bowyer funda RepRap

vi. → (2006) creación DEL SLS Y LA PERSONALIZACIÓN EN LA FABRICACIÓN EN MASA
de impresoras 3D (empresa Object)

vii. → (2008) RepRap logra lA PRIMERA IMPRESORA CON CAPACIDAD DE AUTO REPLICA

viii. → (2008) “GRAN AVANCE EN LA PRÓTESIS: primera persona que caminasobre una pierna de prótesis impresa en 3D, con todas las partes, rodilla, pie, etc.,impresa en una misma compleja estructura sin ningún tipo de montaje

ix. → (2009) KITS DE IMPRESORAS 3D DIY ENTRAN EN EL MERCADO

x. → (2009) Llega la bioimpresión, con la tecnología del Dr. Gabor Forgacs, que utiliza una bio-impresora 3D para imprimir el primer vaso sanguíneo

xi. → (2012) PRIMER IMPLANTE DE PRÓTESIS DE MANDÍBULA IMPRESA EN 3D en mujer de 83 años

Aplicaciones en la medicina

Una de las características más importantes de la impresión 3D es su versatilidad, lo que ha permitido que, en campos como la medicina, se construyan los más variados tipos de artefactos para facilitar y mejorar la calidad de vida de las personas; la llegada de las impresión 3D ha marcado un antes y un después en la medicina actual.

Actualmente, se consideran tres grandes aplicaciones biomédicas para esta tecnología4 :

1. Ingeniería en tejidos: Combina la biología y la ingeniería producir sustitutos artificiales de tejidos y órganos5 . Desarrollada por la empresa Organovo, donde sus impresoras son capaces de depositar células humanas que conformarán el tejido mientras se deposita un gel de soporte. Estas células se encuentran concentradas en pequeños esferoides cada uno de ellos formados por agregados de miles de células y son ellas mismas quienes fusionan y agrupan para formar la forma deseada. En Diciembre de 2010, Organovo creó los primeros vasos sanguíneos empleando este método usando células extraídas de un ser humano. Si bien estos avances son alentadores, por el momento solo existen pruebas en animales.

2.Prótesis: es una de las aplicaciones más reales de la impresión 3D, donde se ha construido desde prótesis dentales, implantes mamarios y huesos, hasta una prótesis completa para personas con extremidades amputadas o con algún tipo de malformación congénita. El uso de esta tecnología en dicho campo ha sido de gran avance, ya que pone a disposición estos artefactos a un bajo costo, como ocurrió en el laboratorio FabLab Madrid CEU6 , socio de la ONG Enabling the Future, organización dedicada a facilitar prótesis a niños con dificultades para acceder a ellos.

Ha conseguido imprimir en 3D la primera mano para un niño de 6 años; el precio normal de una prótesis de mano bordea los 9.000 €, mientras que una impresora 3D se valora en 40€. A su vez, el laboratorio está trabajando en el desarrollo de prótesis activas, que necesidad de un motor y un pequeño ordenador para poder moverse; prótesis que pueden costar 15000€ en el mercado, se podrían obtener entre 200 y 250€.

3. Fármacos: la creación de fármacos involucra el uso de jeringuillas controladas robóticamente, de modo que se pueden crear fármacos empleando una biotinta con textura de gel, donde un agente reactivo, químicos y catalizadores se mezclan para añadir finalmente el gel, obteniéndose así el fármaco. A pesar de las limitaciones de las impresoras 3D en esta área, ya que existen dificultades respecto a los ingredientes y la velocidad de impresión, la FDA (Food and DrugAdministration), autorizó el primer fármaco fabricado mediante impresión 3D7 . Este químico llamado Spritam, fabricado por Aprecia Pharmaceuticals, se trataría de píldoras solubles para controlar las crisis de epilepsia. El fármaco fue producido a través de capas, que se disuelven cuando entra en contacto con un líquido, conteniendo dosis de 1000mg por cada comprimido.

Materiales

Los materiales que se utilizan en las impresiones 3D son muy variados, van a depender del uso que se le quiera dar al producto debido a que son ellos los que les proporcionarán las cualidades al producto final.

El material más utilizado son los plásticos debido a su versatilidad, resistencia, elasticidad yflexibilidad. Además de ser un material que es reciclable y económico8.

Dentro de los plásticos el Ácido Poliláctico o Poliláctido (PLA) es uno de los más utilizado junto con el Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS). El PLA un plástico biodegradable procedente del maíz, lo que significa que con el paso del tiempo y el efecto de los elementos, el plástico pierde las propiedades iniciales hasta su descomposición en elementos químicos simples, aunque esto puede tardar más de cien años.

Por otro lado el ABS, es el más barato entre los plásticos más utilizados, es bastante versátil; permite lijarse, admite también el pulido con baño de acetona y realizar un acabado muy liso, se pega con facilidad. Este último no es biodegradable como otros plásticos.

Ahora bien en el área médica, se utilizan otros materiales para producir prótesis de algunos huesos. Aquí el material mayormente usa es el titanio, debido a que tiene una buena respuesta biológica, permite fijar las prótesis en forma permanente y biológica.

Para las personas que han perdido alguna extremidad, se han producido prótesis de manos se utilizan los plásticos ABS y PLA9 .

Actualmente se utilizan células vivas, para reconstruir órganos o hasta generar órganos nuevos. Esta es una área llamada Bioprinting.

Maxcene y su nuevo brazo

Como ya se comentó, el uso de la impresión 3D en medicina ha logrado no solo abaratar costos en la construcción de prótesis y encontrar solución a problemas que antes se pensaban irreparables, sino que, mucho más importante, tiene un efecto importante en la autoestima y en la calidad de vida de los pacientes que reciben estos tratamientos.

Un caso reciente ocurrió en agosto del 2015, en que Maxcene, un niño francés de 6 añosque nació con una malformación en su mano derecha se convirtió en la primera persona deFrancia que utilizará una prótesis realizada con una impresora de este tipo10 . La prótesis está atada con cintas velcro y se puede cambiar fácilmente a medida que el niño crece, ya que, el costo para construirla fue de 15 euros, ahora Maxcene puede abrir y cerrar su nueva mano, siendo capaz de lanzar una pelota de tenis igual que cualquier otro niño

 La mano artificial fue hecha con una impresora 3D, pero el niño la diseñó casicompletamente; escogió colores, adornos e incluyó incluso sus iniciales a su “mano desuperhéroes”11. La mano ortopédica está fabricada con un tipo de plástico similar al utilizado en los juguetes Lego, fue diseñada por el chileno Jorge Zúñiga, académico de la Universidad de Creighton (Nevada, EE.UU.) y especialista en fisiología biomecánica y fue donada a la familia de Maxcene a través de la fundación e-NABLE.


Mientras tanto, en Chile…

La impresión 3D se ha masificado y nuestro país no se ha quedado atrás, universidades y particulares entraron al mundo de la fabricación de tres dimensiones para experimentar en busca de nuevas funciones y materiales.

Por ejemplo, la Universidad de Los Andes, a través de su Centro de Terapia Celular, está desarrollando biomateriales por medio de una impresora 3D modificada, con apoyo de ingenieros del MIT.

Es así que crearon un biopolímero que está en vías de ser patentado, que les permitirá crear tejidos a partir de células madres, explica Maroun Khoury, jefe del Laboratorio de Investigación y Desarrollo en microRNA y Células Madre de la casa de estudios, y Juan Pablo Acevedo, del Centro de Terapia Celular.

De esa manera, ya lograron crear el primer prototipo de oreja y nariz, y esperan en un plazo máximo de cinco años poder hacer un prototipo para humanos. También esperan abordar cartílago y la nanoimpresión12 .

Por otra parte, la Universidad Católica, a través de su filial DICTUC, desarrolló el área de “Print 3D”, donde está fabricando modelos anatómicos de huesos a médicos particulares y hospitales.

Jorge Ramos, académico del Departamento de Ingeniería Mecánica y Metalúrgica de la casa de estudios, está investigando nuevos materiales para contar con modelos que cuenten con propiedades que se asemejen al hueso, y a un menor valor ya crearon un material orgánico que permitió obtener biomodelos con propiedades muy similares al hueso.

En tres años, han fabricado 150 réplicas óseas en el área maxilofacial, neurocirugía y traumatología, en hospitales como Del Salvador, Red UC, Calvo Mackenna o La Mutual de Seguridad.
 “Queremos ser capaces de entregar modelos de los pacientes, a hospitales yclínicas, con el fin de que los médicos puedan planificar de manera óptima unacirugía", explica Jorge Ramos, director de Print 3D13 .

Por otro lado, el gobierno junto con el comité nacional de investigación científica ytecnológica (CONICYT) ha progresado en las rehabilitaciones a base de prótesis en 3D. Cada año nuevos desarrollos como prótesis, órtesis o exoesqueletos, salen al mercado y se convierten en una ayuda vital para mejorar la calidad de vida de los pacientes.

Hace sólo un par de meses en Chile conocimos la primera prótesis de mano impresa en 3D, llamada "Cyborg beast", la que fue entregada al joven Wladimir Silva, paciente de la Fundación Teletón. Esto se logró gracias a un equipo de investigación de Estados Unidos y a la labor del diseñador chileno Jorge Zúñiga, de la Universidad de Creighton, quien cuenta con experiencia en trabajo con niños y jóvenes14

Mirando al futuro

Como hemos visto las impresiones 3D son extraordinarias, nos han facilitado la vida y llegaron para quedarse. Sus grandes cualidades son adaptables para cualquier sector, desde comidas hasta procesos de rehabilitación. En consecuencia de los avances de esta disciplina surgieron el bioprinting y la impresiones 4D

Bioprinting

Bioprinting es el proceso de generar líneas celulares controladas usando la tecnología de impresión 3D, donde la función celular y su viabilidad son preservadas dentro del producto.

Una vez que el diseño del tejido está establecido, se prosigue desarrollando bloques multicelulares llamados bio-ink desde las células que serán usadas para construir el nuevo tejido. Estos bloques son dispuestos por la impresora en capas de modo que se amolden a la forma que se quieren obtener.



Bioimpresión de un Riñon

 Con el transcurso del tiempo las técnicas para generar nuevas prótesis a base de impresiones 3D han evolucionado produciendo una gama de especialidad con diferentes materiales, en este caso células vivas15 .

Los usos del Bioprinting incluyen trasplantes, estudio de enfermedades, terapia de cirugía, ingeniería de tejidos y cirugías reconstructivas, , como injertos de piel y cartílago16 .

La empresa que va a la vanguardia en el bioprinting es Organovo, como ya se había mencionado antes fueron los primeros en crear vasos sanguíneos a base de células humanas.

Impresiones 4D

La impresión 4D, concepto que se refiere a la cualidad que tienen los materiales impresos en 3D de cambiar o de transformarse gracias a estímulos, que pueden ser eléctricos, de temperatura, etc.

En un principio, las impresoras incorporan relieve a una impresión normal, porque imprimen con plástico cientos de capas de puntos, unas sobre otras, que dan verticalidad a un diseño(17,18,19)

Técnicamente, la impresión 4D es como la impresión 3D pero con un código geométrico basado en las mediciones de cómo se debe transformar el objeto al a fuerzas externas enfrentarse como el agua, los movimientos o cambios de temperatura. De este modo, el código determina los ángulos, el número de veces y la dirección hacia la que un material debe curvarse o doblarse e incluso estirarse.

La noticia que más impacto globalmente fue la utilización de un implante 4D, gracias al cualtres niños pudieron sobrevivir a una de sus etapas del desarrollo infantil pese a padecer unaenfermedad considerada muy rara y que afectaba sus vías respiratorias. esto gracias a que esa prótesis 4D tenía la cualidad de crecer con ellos y disolverse tras un periodo de tiempo20

Conclusiones Generales



A pesar de todo, son muchas las limitaciones y consecuencias negativas que pueden derivar de la impresión 3D; costos energéticos, posible contaminación por el mal manejo de desechos, cuestiones morales, éticas y legales, son solo algunos de los problemas relacionados a la impresión 3D y sus derivados, de los cuales aún no se estudia su verdadero impacto.

Pero estos obstáculos no deben detener el desarrollo de esta y otras tecnologías, ya que otorgan una gama de soluciones a problemas y situaciones médicas que antes se consideraban irreparables, dándole una segunda oportunidad en la vida a muchos pacientes; desde un nuevo corazón hasta una nueva mano.





Referencias Bibliofráficas

 Referencias Bibliográficas
1. 3dprinting.com. What is 3D printing?. http://3dprinting.com/what-is-3d-printing/ (accessed 2
octubre 2015).
2.
3. ounae.com. 25 usos inteligentes e innovadores de las impresoras 3D. http://ounae.com/25-
usos-impresoras-3d-aplicaciones-increibles/ (accessed 2 octubre 2015).
4. impresoras3d.com. Breve historia de la impresión 3D. http://impresoras3d.com/breve-historia-de-la-impresion-3d/ (accessed 2 octubre 2015).
5. Arráez J, Arráez M. Aplicaciones de las impresoras 3D en medicina. Reduca 2013; (ISSN:
1989-5003):
6. Días A, Lantada P. Rapid Prototyping for Biomedical Engineering: Current Capabilities and
Challenges. Annual Review of Biomedical Engineering 2012; Vol. 14.
7. Impresoras 3D. Prótesis impresas en 3D a precios asequibles para familias sin recursos.
http://impresoras3d.com/protesis-impresas-en-3d-a-precios-asequibles-para-ninos/ (accessed
2 Octubre 2015).
8. Impresoras 3D. LA FDA autoriza el primer fármaco fabricado mediante impresión 3D.
http://impresoras3d.com/la-fda-autoriza-el-primer-farmaco-fabricado-mediante-impresion-3d/
(accessed 2 Octubre 2015).
9. Stratasys Ltd.. Materiales impresoras 3D. http://www.stratasys.com/es/materiales (accessed
1 Octubre 2015)
10. Santiago Scaine. Impresora 3D interviene en prótesis de cadera.
http://impresora3dprinter.com/impresora-3d-argentna-cadera/2013/09/26/ (accessed 4
Octubre 2015).
11. 24 Horas. Niño francés recibe prótesis de mano 3D diseñada por un chileno.
http://www.24horas.cl/tendencias/tecnologia/nino-frances-recibe-protesis-de-mano-3ddisenada-por-un-chileno-1760701 (accessed 2 Octubre 2015).
12. France 24. Prosthetic hand by 3D Printer - how 6 year old Maxence made his own superhero
hand!. https://www.youtube.com/watch?v=rJcflKUMsrs (accessed 2 Octubre 2015).
13. redbionova.com. Chile se suma a la tendencia mundial de las impresoras 3D, que ganan
terreno en el país. http://www.redbionova.com/noticias/noticias-general/chile-se-suma-a-latendencia-mundial-de-las-impresoras-3d-que-ganan-terreno-en-el-pais/#.VhJ7iy7kohR
(accessed 2 octubre 2015).
14. Emol. El desarrollo de la impresión 3D en Chile, La nueva revolución industrial, El Mercurio. http://www.emol.com/noticias/tecnologia/2014/01/23/641224/desarrollo-de-impresion-3d-en-chile-la-nueva-revolucion-industrial.html (accessed 4
Octubre 2015)
15. Programa de la Comision Nacional de investigación Cientifica y Tecnologica de Chile. Lo
nuevoen rehabilitacon: prótesis en 3D y exoesqueletos. http:// www.explora.cl/noticiasnacionales/3592-lo-nuevo-en-rehabilitacion-protesis-en-3d-y-exoesqueletos (accessed 4
Octubre 2015)
16. Organovo. The bioprinting Proccess. http://www.Organovo.com/sciencetechnology/bioprinting-process (accessed 3 Octubre 2015)
17. Berthiaume F, Maguire T, Yarmush M. Tissue Engineering and Regenerative Medicine:
History, Progress, and Challenges. Annual Review of Chemical and Biomolecular
Engineering 2011 ; Vol. 2.
18. FW: Thinking. 4D Printing is the Future of Design. https://www.youtube.com/watch?
v=ow5TgVTTUdY (accessed 2 octubre 2015).
19. http://impresoras3d.com. 4D Printing is the Future of Design.
http://impresoras3d.com/impresion-4d-la-siguiente-fase-de-la-revolucion-3d/ (accessed 2
octubre 2015).
20. http://impresoras3d.com. Claves para entender la impresión 4D.
http://impresoras3d.com/claves-para-entender-la-impresion-4d/ (accessed 2 octubre 2015).
21. elpais.com. La impresión 4D salva a tres niños con un implante que crece con ellos.
http://elpais.com/elpais/2015/04/29/ciencia/1430317226_569732.html (accessed 2 octubre
2015).