De la impresora al quirófano: huesos en 3D con materiales sostenibles para planificar operaciones quirúrgicas

Dice el refrán que “más vale prevenir que curar” y en el ámbito de la salud, en concreto de la medicina, además de ser precavido, la planificación es garantía de buenos resultados. Esta planificación sirve además para prever posibles riesgos, evitar malas praxis y corregir técnicas médicas aún en vías de experimentación.

Con esta máxima por bandera, apoyada en el uso de tecnología 3D y materiales sostenibles procedentes del almidón de maíz o la caña de azúcar en sustitución del plástico, un equipo del Instituto de Investigación e Innovación en Ciencias Biomédicas de la Provincia de Cádiz (INIBICA) y la Universidad de Cádiz (UCA) ha diseñado réplicas artificiales de huesos humanos con ácido poliláctico (PLA) con la que los profesionales médicos pueden planificar operaciones, utilizar en el entrenamiento de futuras intervenciones quirúrgicas, y como soporte en la atención médico-paciente. 

Muestra de un hueso sintético obtenido con este método y que es un ‘gemelo digital’ del natural. Imagen: Mario de la Cueva.

¿Cómo han obtenido estos huesos artificiales a partir de este compuesto sustituto del plástico y derivado de materiales primas renovables con impresoras 3D que aplican tecnología de deposición de filamentos fundidos (FFF)? Este proceso de fabricación aditiva deposita un material termoplástico paso a paso para construir una pieza:

• Primero calientan el hilo termoplástico de ácido poliláctico hasta casi el punto de fusión.
• Después este material se expulsa a través de una boquilla.
• Se deposita capa a capa donde se necesita este compuesto para construir la pieza de acuerdo con la representación digital que se ha enviado a la impresora.

Ventajas de la impresión 3D con materiales sostenibles

Este compuesto natural ofrece múltiples ventajas, entre ellas su bajo coste. “Su uso como filamento para impresión 3D es barato y estamos estudiando su capacidad biodegradable y biocompatible, es decir, que tienen capacidad de convivir con nuestro cuerpo”, comenta a la Fundación Descubre Miguel Suffo, investigador de la Universidad de Cádiz y coautor del estudio.  

Los expertos han demostrado que este termoplástico ofrece resultados muy reales, tal y como publican en el estudio titulado ‘Comparative study of biomodels manufactured using 3D printing techniques for surgical planning and medical training’ y publicado en la revista Expert Review of Medical Devices.

Equipo de investigadores del INIBICA y la UCA que han trabajado en este proyecto. Imagen: Mario de la Cueva.

Otra ventaja del uso de esta tecnología es el háptica que proporciona al médico, es decir, la ciencia del tacto. “Buscamos que tanto el material como las características de la réplica sean lo más parecidas posible al hueso real. A los profesionales médicos que trabajamos con ellos nos aporta mucha información antes e incluso durante su uso, ya sea desde una consulta clínica hasta una operación”, explica Pablo Andrés Cano, investigador del Hospital Puerta del Mar de Cádiz y autor principal de este trabajo.

Modelos digitales a partir de un fémur 

Los expertos crearon tres modelos anatómicos digitales diferentes del hueso humano más largo de todo el cuerpo: el fémur. Tomaron como referencia una tomografía computarizada, prueba diagnóstica más conocida como TAC que utiliza rayos X para obtener imágenes del cuerpo desde diferentes ángulos. En concreto, recrearon el fémur de un hombre joven que presentaba una fractura en esta zona concreta.

Durante la impresión en 3D, ingenieros del departamento de Ingeniería Mecánica y Diseño Industrial de la Universidad de Cádiz corroboraron la viabilidad de este proceso. “Con este tipo de tecnología se obtienen componentes fuertes, rígidos, duraderos y con unas dimensiones estables y de gran precisión dimensional”, puntualiza Suffo.

Este termoplástico ofrece resultados muy reales. Imagen: Mario de la Cueva. 

Para evaluar su eficacia, compararon los modelos digitales con uno sintético comercial y realizaron una serie de ensayos de práctica quirúrgica a ciegas realizados por especialistas de varios hospitales andaluces. 

Las evaluaciones médicas fueron positivas. “Su testeo ha demostrado que estos gemelos digitales pueden ser un método fiable con el que los profesionales pueden perfeccionar técnicas a la hora de planificar una operación con la consiguiente reducción de tiempo y riesgos para el paciente, y también sirve de apoyo a la formación médica”, asegura Pablo Andrés Cano.

Alternativas sostenibles al plástico, también en la ciencia

En los hospitales se producen cada día muchos tipos de residuos: viales, jeringas, mascarillas, guantes, agujas o pruebas PCR. Estos huesos artificiales, que ahora se imprimen con PLA, también se podrían fabricar con restos plásticos y aplicar, al menos, una de las 3R: reciclar, reutilizar y reusar. “Estamos estudiando cómo reutilizar los desechos con su debido tratamiento como materia prima para imprimir estas réplicas y fabricarlas con compuestos que sean a su vez respetuosos con el medio ambiente”, plantea este experto.

Los expertos están centrados en perfeccionar la técnica para conseguir que el hueso se asemeje aún más a uno real. Imagen: Mario de la Cueva.

El siguiente paso de este estudio, financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación e Universidades y fondos propios del INIBICA y la Universidad de Cádiz, es perfeccionar la técnica para conseguir que el hueso se asemeje aún más a uno real. “La obtención de una réplica ósea artificial idéntica a una natural no es una tarea sencilla porque intervienen otros compuestos como la parte blanda de los músculos, la sangre… y para eso todavía se necesita más investigación”, concreta Pablo Andrés.

Mientras tanto, estos huesos sintéticos a partir de materiales alternativos al plástico convencional ofrecen eficiencia y seguridad a los pacientes, garantías a cirujanos y traumatólogos y a la vez, entre todos, cuidamos del medio ambiente.