revista portafolio-marzo2015

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Portafoliosalud Marzo, 2015
US$
3
mil millones
es el
potencial del
mercado de
la tecnología
de la medicina
regenerativa
al año 2025
Revolución
en código
Las innovaciones en torno a la
tecnología de impresión 3D han
posibilitado que, tanto alrededor
del mundo como en Chile,
crezcan las investigaciones y
los desarrollos tridimensionales
enfocados en medicina, desde
la impresión de prótesis y biomodelos de distintas partes del
cuerpo humano, hasta la creación de un biopolímero que
permite generar tejidos a partir de células madre. Se trata
de un campo vasto para explorar, con un fuerte potencial de
crecimiento en la medicina regenerativa y reconstructiva, de la
mano de la bioimpresión y los biomateriales.
Por Carmen Mieres G.
Marzo, 2015 Portafoliosalud
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TemaPortada
Anil SAdArAngAni,
Subdirector de trAnSferenciA
tecnológicA de lA univerSidAd
de loS AndeS
E
l sudafricano Richard van As perdió los dedos de su mano derecha en un
accidente laboral el 7 de mayo de 2011. Comenzó a investigar y desarrollar
prótesis que reemplazaran sus dedos y en el camino, vio un video en Youtube
en el que el ingeniero mecánico amateur Ivan Owen, de Estados Unidos,
mostraba una mano mecánica que había construido. Lo contactó y empezaron
a trabajar a distancia en el proyecto Robohand y en diseños que, con el
transcurso de los meses, incorporaron la impresión 3D. La estadounidense
MakerBot les donó dos impresoras 3D y tras poco más de dos años de trabajo,
terminaron la prótesis de una mano que fue donada a Liam Dippenaar, un niño
sudafricano de cinco años que había nacido sin los dedos de su mano derecha.
Hasta el momento, Robohand ha equipado más de 200 manos para personas
de todo el mundo, gracias a la digitalización, moldes e impresión 3D.
El mismo año que el pequeño Liam Dippenaar recibía su prótesis, el ingeniero
espacial de University of Central Florida (UCF) Albert Manero, escuchó
una entrevista radial a Ivan Owen y Richard Van As acerca de lo que estaban
desarrollando. Manero recordó la determinación y la fuerza de un antiguo
compañero de colegio que tenía una discapacidad en una de sus manos, y
decidió seguir el camino de Van As y Owen, uniéndose como voluntario a
E-nable, comunidad internacional que desarrolla y provee manos impresas en
3D a bajo costo para todos los que las necesitan.
A través de E-nable, Manero conoció el caso de Alex Pring, un niño con una
malformación congénita en su brazo derecho, cuyo seguro de salud no cubría el
valor de una prótesis. Reunió a un grupo de estudiantes de UCF bajo el nombre
de Limbitless Solutions, organización que fabrica prótesis sencillas de brazos o
manos, accesibles a través del diseño de código abierto y la impresión 3D, y que
en siete semanas construyó el brazo para Alex Pring, a un costo de US$ 350.
Hace dos semanas, el niño recibió otro brazo, pero esta vez de manos de su
súper héroe favorito, Iron Man (interpretado por Robert Downey Jr.), gracias a
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la unión entre Limbitless Solutions y The CollectiveProject, de Microsoft.
“La impresión 3D está dando vuelta nuestro mundo. En el área de las prótesis,
este cambio es muy real”, ha dicho Manero respecto de estas iniciativas.
Y tiene razón. La impresión 3D está cambiando o mejorando algunos ámbitos
de la medicina y promete llegar a ser toda una revolución si prosperan los
desarrollos actuales y las investigaciones en torno a los biomateriales y la
bioimpresión, sobre todo si se considera que en el corazón de esta tecnología
subyace el concepto de soluciones personalizadas, a medida de cada paciente.
La creación de un biopolímero que permite generar tejidos a partir de células
madre, en la Universidad de los Andes, pasando por el desarrollo de dispositivos
orientados al diagnóstico y monitoreo de enfermedades, en la Universidad del
Desarrollo (UDD); la generación de un equipo de rehabilitación para dedos
y manos, en la U. Técnica Federico Santa María; la impresión tridimensional
de disecciones anatómicas para fines académicos en la Universidad Católica,
hasta un nuevo protocolo de adquisición de imágenes en el Hospital Clínico
Universidad de Chile, son ejemplos que denotan la diversidad de instituciones
académicas y clínicas que se han subido al carro de la impresión tridimensional
en Chile.
Junto con los casos de Protaico y Espacio 3D, empresas chilenas especializadas
en esta tecnología, dan cuenta de la infinidad de posibilidades e innovaciones
médicas que, por lo menos en el área de la rehabilitación ortopédica y
como sugieren los ejemplos de Rabohand, E-nable y Limbitless Solutions,
fomentarían una mejor calidad de vida para un amplio rango de pacientes, de la
mano de la masificación y abaratamiento de costos de esta tecnología.
De hecho, a juicio del director de Innovación de la Facultad de Ingeniería de la
UDD, Camilo Rodríguez, un área que se puede beneficiar de esta expansión es
la de salud global y epidemiológica mediante la creación de dispositivos médicos
a partir del diseño digital, con la posibilidad de obtener una amplia replicabilidad.
Dr. DaviD G. Lott,
Departamento De
otorrinoLarinGoLoGía
De CLíniCa mayo arizona
(ee.uu.)
La arremetida de La bioimpresión
El futuro potencial de la impresión tridimensional es vasto y abarca desde
el modelaje 3D hasta el reemplazo de tejido dañado, con la mayor parte de
la investigación mundial dirigiéndose hacia la biompresión. Rodríguez, de
la UDD, detalla que se están investigando distintos acercamientos, como el
autoensamblado y los minitejidos; diferentes tipos de materiales que puedan
ser impresos así como sus propiedades biológicas, estructurales y mecánicas
una vez depositados; y la asistencia computarizada junto con el modelamiento
matemático necesario para recolectar la información de la arquitectura compleja
de los tejidos, con el objetivo de ser replicado con bioimpresión.
La empresa estadounidense Organovo, con base en San Diego, ya ha
desarrollado modelos de órganos humanos, como hígados, para probar
nuevos medicamentos y establecer su toxicidad. Pero de ahí a la posibilidad de
imprimir órganos complejos que sean biocompatibles, que puedan utilizarse
en trasplantes, hay un trecho cuya distancia no genera acuerdo entre los
especialistas. Para algunos, se trata de una realidad a la vuelta de la esquina,
en tanto que otros dudan que sea factible por la complejidad de replicar los
distintos tipos celulares que se encuentran dentro un mismo órgano.
Sin embargo, ya se ha dado un primer paso con el trasplante humano de
estructuras impresas en 3D, como el andamiaje de la tráquea.
“Esta construcción tubular no es tan compleja como un órgano sólido, pero
establece un importante precedente en relación a que el trasplante de tejidos
impresos es clínicamente posible. Logros científicos significativos en las áreas de
eDuarDo
GuiLoff,
Gerente GeneraL
De espaCio 3D
impresión funcional de riñones, hígado y tráquea han abierto un nuevo camino
para la traslación clínica de esta tecnología”, afirma el Dr. David G. Lott, del
Departamento de Otorrinolaringología de Clínica Mayo Arizona (EE.UU.).
La medicina regenerativa y reconstructiva es la principal beneficiaria de los
avances en bioimpresión, ámbito que posibilitaría, por ejemplo, imprimir piel
artificial para quienes han sufrido quemaduras o tienen heridas crónicas.
¿Los beneficios? Múltiples: planificación de cirugías complicadas, desarrollo de
medicamentos y un mejor entendimiento de las enfermedades, reparación de
tejido dañado, prevención de la necesidad de inmusupresión por el reemplazo
de tejidos u órganos enfermos usando las propias células, reducción de los
problemas asociados a encontrar donantes, en el caso de trasplante de órganos.
“Si podemos generar terapias con células madre, la parte de la compatibilidad
será un factor menor, ya que podríamos utilizar terapias autólogas”, apunta
el subdirector de Transferencia Tecnológica de la U. de los Andes, Anil
Sadarangani, subrayando la necesidad de “aterrizar” el tema y advertir que una
terapia requiere un desarrollo clínico de por lo menos cuatro años.
“Lo principal es la reproducibilidad de los procedimientos, pero cada terapia
con células madre varía en cada laboratorio y así es muy difícil llegar a una
conclusión definitiva a nivel científico. Debieran estandarizarse los protocolos y
técnicas para entregarlos a los pacientes de una mejor manera”, advierte.
eL potenciaL en medicina regenerativa
Sadarangani estima que el potencial de la tecnología en el campo de la medicina
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TemaPortada
7%
es el alza anual que se prevé del sector
de biomateriales, al año 2022
US$ 500
millones
será el tamaño del sector de
biomateriales al año 2022
¿Quién paga?
Como toda nueva tecnología, los costos a corto plazo pueden
ser altos, en términos de establecer un programa, investigación
continua, comprar impresoras 3D y contratar especialistas,
sostiene el Dr. David G. Lott, del Departamento de Otorrinolaringología de Clínica Mayo Arizona, EE.UU. Esos costos
asociados, puntualiza el subdirector de Transferencia Tecnológica de la U. de los Andes, Anil Sadarangani, están financiados
por proyectos de investigación –aún en fase preclínica– que
entregan Corfo en Chile y el National Institutes of Health (NIH)
de EE.UU. Sin embargo, el Dr. Lott estima que los beneficios
a largo plazo son “dramáticos”. Por ejemplo, dice, bioimprimir
un nuevo riñón para alguien con falla renal, podría ahorrar al
paciente dinero y tiempo por la prevención de la necesidad de
diálisis y medicamentos, junto con el ahorro de los “innumerables” efectos adversos de la inmunosupresión que sigue a un
trasplante de riñón.
En Estados Unidos, comenta Sadarangani, recién se está
discutiendo el tema de cómo las aseguradoras van a pagar este
tipo de procedimientos nuevos, pero “hay que estar atentos a si
se aprueba o no, puesto que la vía para generar un retorno es
que los recursos vuelvan a quien realiza la investigación –si es
que son reembolsados por las aseguradoras o isapres–, si no el
negocio no es viable”.
Al respecto la Dra. María Ester Hidalgo, de Protaico, añade que
en Chile, el acceso a estas tecnologías es reducido ya que, en
la mayoría de los casos, es el paciente quien debe asumir el
costo. “Es un tema que las autoridades de salud debieran estudiar, considerando el beneficio que tiene a largo plazo, para los
servicios dependientes del Estado, la reducción de los tiempos
de pabellón y postoperatorios”, acota.
Con todo, el abaratamiento de los costos, de cara al paciente,
dependerá de la masificación de esta tecnología, a juicio del
gerente general de Espacio 3D, Eduardo Guiloff, quien destaca
en ese sentido el “plan de democratización de la impresión 3D”
que impulsa la empresa pionera en esta área, 3D Systems.
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regenerativa es “enorme”, acotando que “está pronosticado un mercado de
US$ 3 mil millones para el año 2025, en tanto que análisis de mercado recientes
hablan de un crecimiento anual compuesto de 14,52% entre 2013 y 2018”.
Para Sadarangani, todo apunta a la reconstrucción de células en zonas como
pabellón auricular, tabique nasal, laringe, sistema respiratorio y articulaciones,
con el objetivo de poder construir órganos en 3D.
“El problema es que se requieren distintos tipos celulares y la provisión de la
arquitectura y microvasculatura necesaria para que funcionen. Actualmente
existe la tecnología que da la matriz, pero no la que posea ambas”, aclara.
Y aunque compleja, la bioimpresión es factible, según el especialista de Clínica
Mayo, que ha establecido el Centro de Medicina para Medicina Regenerativa
debido a la firme creencia de que este campo es el futuro de la medicina,
involucrándose actualmente en la creación de programas clínicos basados
en el tratamiento de pacientes con medicina regenerativa y tecnologías de
bioimpresión 3D.
“Para ser exitoso, el material impreso debe tener una correcta combinación del
tipo de estructura, configuración –las células son extremadamente dependientes
del microambiente para su crecimiento y maduración adecuados–, tipo de
célula, tipo de soporte de célula –otras células que ayudan a las principales a
madurar adecuadamente– y factores bioactivos que permiten a las células crecer
y madurar”, explica el Dr. Lott.
Con todo, el otro gran mercado en esta área está en los biomateriales, la “tinta”
para la impresora. “Un sector que se prevé llegue a un tamaño de US$ 500
millones a 2022, con un crecimiento del 7% anual”, destaca Sadarangani.
Aquí es donde, por ejemplo, la U. de los Andes está desarrollando líneas
de investigación potentes, con el plan de convertirse en un centro pionero
en Latinoamérica para proveer los biopolímeros –derivados de productos
originarios chilenos– que se necesitarán en el proceso de bioimpresión 3D.
“En términos de estrategia comercial, es más fácil llegar a mercado y también
lo es desde el punto de vista regulatorio, porque simplemente proveemos el
biomaterial y la empresa que imprime es la que debe hacer los estudios clínicos”,
especifica Sadarangani.
el siguiente paso está en el
desarrollo de nuevas prótesis que
imiten no sólo la estructura, sino
que la compatibilidad biológica y
funcionalidad de un órgano “vivo”.
Modelos confiables
Mientras tanto, los avances en otras áreas se multiplican impulsados por el
abaratamiento de los procesos de automatización y, más precisamente, por el
proyecto de investigación PHIDIAS, realizado en Europa durante 10 años
(1993-2003),que dio un fuerte espaldarazo a las impresiones tridimensionales
tras demostrar que era posible crear, por computación, modelos anatómicos
tridimensionales virtuales, a partir de datos radiológicos de la tomografía
computarizada, para luego fabricarlos.
La investigación concluyó que dichos modelos “son confiables tanto en la
exactitud de reproducción de la anatomía, como en las dimensiones, y que
pueden ser utilizados como punto de referencia en las cirugías. Se comprobó
que esto permite una reducción de los tiempos quirúrgicos de entre un
20% y 40%, un mejor postoperatorio y una mejor comunicación entre los
profesionales y el paciente”, detalla la Dra. María Eugenia Id, quien junto a la
Dra. María Ester Hidalgo, es propietaria de Protaico, empresa que ha desarrollo
implantes craneales personalizados en acrílico con tecnología de punta.
En Chile ya hay varios proyectos que se focalizan en replicar una sección del
cuerpo de un paciente que se someterá a una intervención quirúrgica, como los
casos del DICTUC y su unidad de servicios Print 3D, que elabora biomodelos
óseos para la etapa preoperatoria de cirugías de alta complejidad, o el de
Clínica Las Condes, que está desarrollando un proyecto para crear biomodelos
personalizados de patologías de columna vertebral.
Este ámbito, sin duda, es uno de los que más se ha desarrollado en los últimos
años, “permitiendo no sólo suplir las necesidades actuales, sino también su
perfeccionamiento y masificación para aplicarlo en medios más vulnerables, por
la reducción en costo”, plantea Rodríguez.
Además del área de impresión de prótesis dentales o de “frenillos invisibles”,
de huesos (o partes de ellos) y de extremidades, donde el siguiente paso está
en el desarrollo de nuevas prótesis que imiten no sólo la estructura, sino
que la compatibilidad biológica y funcionalidad de un órgano “vivo”, dice
el investigador asociado del Advanced Center for Electrical and Electronic
Engineering (AC3E) de la U. Técnica Federico Santa María, Pablo Prieto.
En el mundo, hay muchos casos de éxito. El gerente general de Espacio 3D,
Eduardo Guiloff, menciona el de Lee Chandler, quien evitó la amputación
de su pie derecho producto de un tumor expandido al talón, luego de que el
equipo médico escaneara el hueso del talón de su pie izquierdo y lo modificara
para luego imprimirlo en 3D, salvando la extremidad y restableciendo la
movilidad total de sus piernas. O el caso de una mujer en Holanda, que pasó de
estar al borde de la muerte a recuperar su vida luego de que se le implantara la
totalidad de un cráneo hecho a medida, a través de la impresión 3D.
“Esta tecnología posibilita la creación de nuevos métodos y piezas que de otra
manera no se podrían fabricar, inspirando a los médicos a crear soluciones que
hasta ahora eran imposibles”, sostiene.
Y es que una vez que la tecnología escale, especialmente la que se relaciona
con impresión en metales, las prótesis “customizadas” serán muy comunes,
plantea el director del Departamento de Ingeniería Mecánica y Metalúrgica de
la Escuela de Ingeniería UC, Jorge Ramos. “La tecnología también avanzará a
medida que se vayan alcanzado hitos en los campos de la biología y la medicina
regenerativa. La impresión 3D es un facilitador, pero requiere del avance en
conocimientos fundamentales desde la biología, la medicina o la metalurgia”,
añade Ramos, quien también es director de la Unidad Print 3D de DICTUC.
lo que viene
Las industrias farmacéutica y de alimentos son las futuras “candidatas” para
nuevas innovaciones, a juicio de Guiloff, quien sostiene que la impresión de
medicamentos permitirá producir tabletas específicas para cada paciente. La
particularidad de este avance, añade, es que los investigadores que realizan estas
pruebas están usando impresoras de extrusión de plástico “caseras” –como la
CubePro, de la empresa pionera en este rubro, 3D Systems–, a las cuales han
modificado los cabezales para lograr las temperaturas adecuadas de extrusión.
“En la impresión 3D de alimentos, la tecnología es comercializada por esta
misma compañía y en el ámbito médico, la empresa Biozoon, en colaboración
con 3D Systems, lleva a cabo el proyecto Smoothfood, que aplica la impresión
tridimensional para fabricar alimentos para pacientes con disfagia”, comenta.
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TemaPortada
Salud
en treS
dimenSioneS
Nuevos parámetros en la obtención de imágenes digitales para impresión
tridimensional, biomodelos óseos para planificación quirúrgica, disecciones
anatómicas para fines académicos, dispositivos de diagnóstico médico,
hasta bioimpresión con células madre. El campo de investigación y de
nuevos desarrollos alrededor de la impresión 3D que se están realizando
en universidades y centros de salud chilenos, es amplio, dinámico y con
potencial nacional e internacional. Por Carmen Mieres G.
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U. de los Andes:
bioimpresión con
células madre
Hace un año, el Centro de Terapia Celular de la Universidad de los
Andes desarrolló biomateriales para ser utilizados en una impresora
3D modificada (con apoyo de ingenieros del MIT), produciendo un
biopolímero que permite generar tejidos a partir de células madre.
Habían creado también el primer prototipo de cartílago de oreja y
esperaban abordar cartílago de articulaciones y la nanoimpresión.
El objetivo con esto último es abordar los detalles de la microestructura de los biomateriales que van a contener las células, pues éstas
no se guían sólo por señales bioquímicas o propiedades mecánicas, sino que también existen detalles micro y nanoestructurales
que las células pueden identificar y así mejorar la diferenciación final
de ciertos tejidos. No obstante, éste es un desafío por los próximos
cinco años y es un área que está en evaluación.
¿Pero cómo llegaron a desarrollos de este nivel? El director de
investigación de Cells for Cells (C4C), compañía biotecnológica
creada al alero de la U. de los Andes, y Ph.D. en Terapia Génica,
Maroun Khoury, explica que hace algunos años comenzaron a
realizar ensayos clínicos de isquemia cardíaca inoculando células
madre mesenquimales de manera sistémica, es decir, en el torrente
sanguíneo y no directamente en el tejido dañado, pero vieron que
por este camino se pierde la mayoría de las células (más del 90%).
Otra estrategia es inyectar por vía directa, o sea, llegar con las células al tejido u órgano dañado. Advirtieron que para poder hacerlo, es
necesario contar con un soporte físico para las células. “Por ejemplo, una úlcera cutánea significa una pérdida importante de tejido.
Si inyectamos células solas, se requiere tiempo para regenerar el
tejido, pero al inyectar la célula con un andamiaje –un biomaterial–
se facilita el proceso general de regeneración”, detalla Khoury.
El investigador del Centro de Terapia Celular de la U. de los Andes,
Juan Pablo Acevedo, añade que las tecnologías con las que ya se
estaba trabajando, incorporaron el uso de impresión 3D utilizando
termoplástico biodegradable como soportes duros que, combinados
con biomateriales, podían generar estructuras de alta precisión.
“Nuestro objetivo era crear un biomaterial compatible con las células
madre que pudiera, por un lado, definir ciertas formas –como
cartílago de oreja, nariz o rodilla– sin la necesidad de soportes termoplásticos y, por otro, que fuera capaz de crear patrones celulares
definidos dentro de los tejidos impresos”, especifica Acevedo, Ph.D.
en Ingeniería Química.
Optimización de biOmateriales
Los investigadores desarrollaron entonces un biopolímero, con
estructura y geometría específicas, al que inyectan células madre,
Juan pablO acevedO, investigadOr del centrO
de terapia celular y marOun khOury, directOr de
investigaciOn de cells fOr cells (c4c).
generando formas a través de un prototipo de bioimpresora y luego
inducen a una diferenciación hacia cartílago, tejido adiposo o muscular, mediante un medio de incubación que activa mecanismos de
expresión y que llevan a generar tejido más completo y funcional.
Cada una de estas diferenciaciones es un desafío en sí mismo, dice
Acevedo, pues los tejidos cartilaginosos y los vasculares requieren
estímulos específicos, que van desde bioquímicos, mecánicos y
relacionados a topografía microestructural.
Actualmente, están en la fase de optimización de estos biomateriales para crear nuevos elementos que controlen aún más las propiedades mecánicas y soporten cierta compresión, tengan elasticidad y
capacidad de estiramiento similar a la de los órganos naturales.
“No existe un material que tenga características naturales que se
pueda comprar para hacer bioimpresión con células, por lo que uno
de los objetivos es lograr un biomaterial que se ofrezca al mercado,
pero con las modificaciones específicas que se requieren para cada
órgano. Se está postulando a una patente de biomaterial que se
utilizará en las bioimpresiones. Es un biomaterial desarrollado por
varios investigadores de la U. de los Andes y es un producto aislado
de materia prima chilena”, acota Acevedo.
En cuanto al prototipo de cartílago de oreja creado, están en el proceso de optimización de las células a fin de lograr un cartílago que
se ajuste a las propiedades naturales de este tejido, lo que incluye
elementos como la cantidad de células, tiempo de diferenciación,
inducción bioquímica y mecánica. “El mayor mercado estaría en los
cartílagos de articulaciones. En ese caso los desafíos mecánicos
son mayores y por eso hemos estado trabajando en el tipo de
células que se usan para llevar a diferenciación a tejido cartilaginoso, ver cuáles son los medios y las estrategias de diferenciación”,
sostiene.
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TemaPortada
Print 3D:
biomodelos óseos
para planificación
quirúrgica
Modelos anatómicos y estéreo litográficos fabricados con tecnología
de prototipado rápido, basado en el proceso de impresión 3D, es
el trabajo que hace siete años viene realizando Print 3D, unidad de
servicios de DICTUC, que surgió gracias a un proyecto Fondef.
La unidad desarrolla réplicas óseas de pacientes elaboradas a una
escala de 1:1, cuyo uso se orienta a la etapa preoperatoria de una
cirugía de alta complejidad productos de traumas, malformaciones
y cáncer, lo que permite que el médico a cargo reduzca hasta en un
25% el tiempo de la operación, aumente la eficacia del procedimiento y disminuya el período posterior a la intervención quirúrgica.
El programa ha impulsado la creación de un material de base orgánica que permite obtener biomodelos con propiedades físicas muy
cercanas a las del hueso natural, explica el director de la Unidad
Print 3D de DICTUC, Jorge Ramos, añadiendo que están afinando
un nuevo material orgánico que permite alcanzar una resistencia
mecánica (bajo flexión) muy cercana a la del hueso de cerdo (muy
parecido al humano), faltando aún mejorar la flexibilidad del modelo,
pues es menor a la del hueso real.
“A nivel nacional, la demanda potencial por biomodelos óseos para
planificación quirúrgica bordea unos 2.000 casos por año. A fines
del año pasado alcanzamos los 190 casos clínicos en Chile que han
solicitado biomodelos óseos para planificar cirugías complejas, pero
nuestro objetivo comercial es expandirlo a la región, para lo cual
se debe diseñar un modelo de negocios que permita coordinar la
fabricación y distribución de estos modelos al menor costo posible”,
comenta Ramos, quien también es director del Departamento de
Ingeniería Mecánica y Metalúrgica de la Escuela de Ingeniería UC.
Sin considerar a Brasil, la demanda en el Cono Sur debería
alcanzar los 15 mil requerimientos por año, sólo en el ámbito de las
cirugías maxilofaciales y de traumas óseos, especifica.
“Hay una solicitud de patente en Chile que pronto debería entrar al
PCT. Para entonces debemos definir dónde patentar en el mundo y
buscar el financiamiento para realizarlo”, añade.
Lo que viene
Jorge Ramos investiga en las aplicaciones del láser en procesamiento de materiales y manufactura, de ahí su interés en el prototipado rápido, impresión o manufactura aditiva, pues comenta que
el láser es una herramienta fundamental en la implementación de
22
Jorge ramos, director de La
unidad print 3d de dictuc.
estas tecnologías, sobre todo cuando se habla de imprimir objetos
en aleaciones metálicas.
En esa línea, acota que están impulsado la manufactura aditiva
de metal mediante láser, para medicina y otras industrias, como la
minera. “Esto significa poder imprimir o fabricar aditivamente segmentos de prótesis en aleaciones de titanio o cromo-cobalto, o bien
aleaciones antidesgaste para recuperar piezas mecánicas usadas
en la minería”, explica.
Además durante este año, y a través de un Programa Acelerador
que administra la UC y que significará una inversión cercana a los
$ 44 millones, continuarán con el desarrollo de un material orgánico
que permitiría bajar el costo de la materia prima, junto con el desarrollo de un proveedor nacional o internacional del nuevo material y
entregar así una ventaja al proceso.
Ramos comenta que también esperan poder ofrecer cerca de
40 biomodelos gratuitamente, “pero con el compromiso que la
institución beneficiaria facilite el seguimiento del biomodelo –preoperatorio, operatorio y postoperatorio–, a fin de levantar información
objetiva del beneficio real que ofrece el biomodelo en la planificación
quirúrgica y el impacto económico que conlleva”.
UDD:
dispositivos para el diagnóstico médico
La Facultad de Ingeniería de la Universidad del Desarrollo está
explorando proyectos relacionados con impresión 3D y medicina,
en particular en el área de diagnóstico médico, desarrollando dispositivos diseñados tridimensionalmente y que tengan la posibilidad
de ser replicados de manera fácil para su uso en el diagnóstico
y monitoreo de enfermedades, en particular en zonas aisladas o
vulnerables.
El director de innovación de la Facultad de Ingeniería, Camilo Rodríguez, explica que el objetivo es generar dispositivos “altamente
replicables” para monitoreo in situ. Específicamente, comenta que
están desarrollando un dispositivo remoto para amplificación nucleica y han comenzado a explorar el uso de piezas impresas para
prótesis de bajo costo, que se acoplan a sus sistemas de sensores
de bajo costo, y así otorgar opciones de sensibilidad más reales
para los usuarios, manteniendo la accesibilidad.
“Los costos y accesos de la impresión no biológica están en procesos de masificación. Tanto las tecnologías como el amplio acceso
a la información y el potencial replicativo del diseño digital, tienen
el potencial de crear un gran uso de aplicaciones de manufactura
aditiva al área de la salud, tendencia que aumenta mundialmente.
Me parece importante que las aplicaciones se enfoquen en zonas
vulnerables, como en las regiones en vías de desarrollo, para
realmente generar un impacto evidente dentro de las poblaciones”,
plantea Rodríguez.
CLC:
desarrollos personalizados de
patología de columna vertebral
El dolor de espalda afecta al 80% de las personas durante su vida.
En la mayoría de los casos, el dolor remite a los pocos días, pero en
otros perdura por un largo período de tiempo o deriva a alguna condición más compleja que puede requerir cirugía, siendo la operación
a la columna lumbar una de las cirugías ortopédicas más complejas
debido a factores del paciente y de la patología. Aproximadamente
el 1% de los pacientes con dolor lumbar, especialmente aquéllos
que no responden a los tratamientos convencionales, terminan en
un procedimiento quirúrgico de este tipo.
En Chile, de acuerdo con datos del Ministerio de Salud, se realizan
anualmente unas 16 mil operaciones a la columna, un tipo de
cirugía que tiene una alta tasa de fracaso (20%) en comparación
con otras cirugías ortopédicas (3%). Además, son de alto costo:
US$ 4.000 en promedio en el sistema público y US$ 15.000 en el
sistema privado.
Para planificar las operaciones, tradicionalmente se utilizan imágenes de resonancia magnética o de tomografía computada pero sus
desventajas, desde un punto de vista quirúrgico, es que son imágenes “capa por capa” o en dos dimensiones, sin una representación
tridimensional real, explica el doctor de Clínica Las Condes (CLC),
Marcelo Gálvez.
Planificación de cirugías
Con esos antecedentes, CLC está implementando el proyecto de
InnovaChile de Corfo, “VR Spine”, que cuenta con un financiamiento de $ 1.251 millones y cuyo objetivo principal es la creación de
biomodelos personalizados
de patología de columna
vertebral, como hernias
discales, para ayudar al
cirujano en la planificación
de la cirugía. “El principal
desafío de la investigación
es poder reproducir los
dr. marcelo
tejidos blandos en forma
gálvez, médico de
fidedigna”, acota el Dr.
clínica las condes.
Gálvez.
El proyecto, en el que también participan investigadores de la U. de
Chile, tiene tres objetivos específicos:
1. Desarrollar el sistema “VR Spine” para representar en modelos
3D, de realidad virtual y realidad aumentada, los tejidos blandos y
huesos de la columna.
2. Comparar la planificación de una cirugía a la columna utilizando
el sistema VR Spine con las tecnologías tradicionales.
3. Validar los resultados quirúrgicos del sistema a través de la disminución de los eventos intra y postoperatorios, bajando la morbilidad
e incrementando las tasas de éxito de esta cirugía.
“Los pacientes que podrían beneficiarse por el uso de esta tecnología en América Latina, se estiman en más de 700 mil al año. Además, este sistema puede usarse en cirugías de rodilla y caderas, lo
que implicaría un potencial de 1,3 millones de pacientes sólo en la
región”, sostiene el Dr. Gálvez.
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TemaPortada
Facultad de Medicina UC: disecciones
anatómicas para fines docentes
Unificar la tecnología informática y mecánica con el conocimiento
anatómico para reproducir al cuerpo humano (o secciones de él)
en proporciones, formas, colores y detalles reales, concretos y
tangibles es el proyecto Fondef que desde inicios de 2014 –y hasta
el próximo año– llevan a cabo el Departamento de Anatomía de la
Facultad de Medicina de la Universidad Católica (UC), la Escuela
de Ingeniería y la Facultad de Arquitectura y Diseño de esa misma
casa de estudios.
Al amparo del “Plataforma de impresión 3D de secciones corporales
humanas. Prosección anatómica en réplicas 3D”, se imprimen
tridimensionalmente disecciones anatómicas con el fin de favorecer
la formación, en los temas morfológicos, de los futuros profesionales del área médica y paramédica, permitiendo, a su vez, el
adiestramiento de los docentes del área y posibilitando una mejor
comunicación con el paciente en las áreas clínicas que lo requieran.
El profesor titular y jefe del Departamento de Anatomía, Dr. Óscar
Inzunza, explica que el propósito para abordar este proyecto fue
desarrollar un sistema que permitiera generar réplicas de secciones
transversales del cuerpo humano con fines académicos.
“De esta manera los alumnos, desde primer año, pueden interiorizarse sobre cómo verán después las imágenes que generan
escáneres o resonancias magnéticas, adiestrando su ojo respecto a
la morfología y estructura del cuerpo”, acota el Dr. Inzunza.
Dr. Oscar inzunza (al centrO) y el equipO De anatOmía.
Algunas escuelas de medicina trabajan con modelos que poseen
una cierta aproximación a la realidad anatómica, pero que no pueden mostrar la variabilidad, proporción o colores del cuerpo. En la
UC trabajan con secciones de cadáveres que han sido plastinados,
pero que por el uso constante se desgastan o rompen, por lo que
la ventaja de esta iniciativa, plantea el docente, radica en que las
impresiones se realizan sobre la base de secciones transversales
reales de un cuerpo humano (cadáver) con un material que asegura
su durabilidad y que puede entregar detalles como la posición de
los músculos, de los vasos sanguíneos, tendones y huesos.
Hospital Clínico Universidad de Chile:
nuevo protocolo de adquisición de imágenes
En el proceso de desarrollo de su tesis –“Metodología de adquisición y procesamiento en tomografía computarizada multicorte para
impresión de modelo estereolitográfico maxilofacial óseo”–, dos
alumnos de quinto año de la carrera de Tecnología Médica de la U.
de Chile, se encontraron ante la problemática de que muchas veces, el estudio imagenológico digitalizado y enviado a una empresa
especializada en impresión 3D era deficiente o no poseía la calidad
necesaria como para imprimir un buen modelo tridimensional, que
sirviera especialmente para planificar cirugías o diversos procedimientos del área maxilofacial. ¿Qué influía en que una imagen
fuera mejor que otra?, fue la pregunta que guió la investigación.
Para el grupo, la clave estaba en la generación de las imágenes.
En medicina se utiliza el estándar DICOM (Digital Imaging and
Communications in Medicine), un estándar de comunicación y almacenamiento entre equipos o sistemas que generan y almacenan
imágenes médicas, ampliamente utilizado a nivel mundial, pero
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que no puede ser leído por las impresoras 3D. Para ello, hay que
generar un archivo STL –del inglés “Stereo lithography”, nombre
acuñado en 1986 por Chuck Hull, fundador de la empresa 3D Systems–, un archivo digital de diseño asistido por computadora (CAD)
que define la geometría de objetos 3D, excluyendo información
como el color, texturas o propiedades físicas, explica el coordinador
de la Unidad de RIS-PACS (Radiology Information System y
Picture Archiving & Communication System, respectivamente) del
Centro de Imagenología del Hospital Clínico Universidad de Chile,
el tecnólogo médico Williams Astudillo.
“Si la información de la imagen es buena, se puede imprimir un
buen modelo 3D, así es que comenzamos a elaborar un protocolo
para la obtención de imágenes a través de escáner, que debía
considerar parámetros como: los espesores de corte –mientras
más grueso, más “burdo” queda el modelo–; los algoritmos de
reconstrucción de la imagen y el tamaño de las matrices. Todo lo
williams astudillo,
coordinador de la unidad
de ris-Pacs del centro de
imagenología.
Pablo Prieto,
investigador asociado del
ac3e, de la utfsm.
UTFSM:
equipamiento para
rehabilitación
anterior, con la menor dosis de radiación posible”, detalla Astudillo, quien también es académico de la Facultad de Medicina
de la U. de Chile.
Utilizando la cabeza de un modelo humano real (cadáver), sometiéndola a diversos escáneres y modificando los parámetros
técnicos de adquisición, llegaron a un protocolo que definió la
mejor forma de adquirir las imágenes, con el espesor de corte,
algoritmos de reconstrucción, matriz y factores de exposición
adecuados para su impresión, entregando una imagen de
calidad con la menor dosis al paciente.
“Entregamos ese protocolo a la empresa que colaboró en la
tesis y esperamos en los próximos dos años continuar con este
trabajo pero en el área de resonancia magnética, ya que esta
técnica, a diferencia del escáner, tiene muy buena resolución
de las partes blandas del cuerpo, lo que abre un mundo de
posibilidades de investigación”, sostiene Astudillo.
El investigador asociado del Advanced Center for Electrical
and Electronic Engineering (AC3E) de la Universidad Técnica
Federico Santa María (UTFSM), Pablo Prieto, está convencido
de que en 10 a 15 años más, esta tecnología traerá grandes
avances, especialmente en el área de materiales biocompatibles. Sin embargo, advierte que en Chile su aplicación aún es
marginal debido principalmente a su alto costo y especialización
de los profesionales.
“Es un área en desarrollo, en la que los científicos están generando el conocimiento necesario para que se haga realidad,
algún día, el anhelo de una máquina que fabrique un ‘repuesto’
para nuestro organismo. Hay varias disciplinas involucradas
–biología, medicina, ingeniería– que deben trabajar de forma
colaborativa, y existe un componente de ‘mercado’ muy importante, que tiene que ver con la aceptación de los usuarios y los
médicos”, apunta.
Prieto comenta que en el AC3E están comenzando el desarrollando de un equipamiento para rehabilitación a nivel de dedos y
mano, que incorporará conocimientos de las áreas de robótica,
impresión 3D, rehabilitación y diseño. “Esto permitirá que profesionales del área de la rehabilitación supervisen la ejecución de
los ejercicios de rehabilitación de un paciente mediante un robot
íntegramente desarrollado en la UTFSM”, aclara.
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revista portafolio-marzo2015

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