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2ºBachillerato
TIC 14-15
TIC 14-15
Impresión 3D enfocado hacia la medicina
INVES-TIC-ACCIÓN
Claudia Marquiegui Gutiérrez
Impresión 3d orientado hacia la medicina
2
TEMA DEL TRABAJO
Aunque se lleva bastante tiempo trabajando en las impresoras 3D, para mí es una
novedad. Éstas han supuesto un verdadero avance en muchos campos de
trabajo, y en especial en la medicina. Puesto que me gustaría dedicarme a esto
en el futuro, mi investigación se va a centrar sobre todo en las mejoras que ha
tenido en cuanto al mismo.
En relación con la medicina, la impresión 3D ha supuesto una mejora notable en
la bioimpresión, es decir, fabricar nuevos órganos mediante una impresora 3D y
en la fabricación de prótesis, tema en el que me voy a centrar para mi
investigación.
OBJETIVO
Como ya he dicho anteriormente, aunque no nos sea demasiado familiar, esta
nueva forma de impresión lleva en marcha durante bastante tiempo .
Con esta investigación pretendo informarme más sobre el tema y aprender todas
las utilidades, sobre todo para mi futuro laboral, que ofrece esta nueva forma de
impresión.
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN
1.1. ¿POR QUÉ ESTE TEMA?
2. EN QUÉ CONSISTE LA IMPRESIÓN 3D
2.1. HISTORIA DE LA IMPRESIÓN 3D
2.2. MATERIALES Y FUNCIONAMIENTO
2.3. APLICACIONES EN DIVERSOS ÁMBITOS
3. APLICACIONES EN LA MEDICINA
3.1. MODELOS PARA EL APRENDIZAJE
Impresión 3d orientado hacia la medicina
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3.2. BIOIMPRESIÓN 3D
3.3. PRÓTESIS
3.3.1. SU FUNCIONAMIENTO
3.3.2. USOS Y EJEMPLOS
3.3.3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS
1. INTRODUCCIÓN
1.1 ¿POR QUÉ ESTE TEMA?
De entre todos los temas que se nos daban a elegir para la investicacción yo he
escogido la impresión 3D. Para poder hacer de este proyecto uno un poco más
personal y con más implicación por mi parte, he decidido enfocarlo hacia mi futuro
laboral y por consecuente, mi campo de interés. Por eso mi trabajo consiste en la
impresión 3D enfocado hacia el ámbito de la medicina, y más en concreto, las
prótesis.
A pesar de que esta tecnología es bastante nueva para mí, lleva tiempo en
marcha y la velocidad en la que avanza es increíble. Por eso, durante la
realización de este trabajo pretendo comprender un poco más la materia a tratar,
esto es, el funcionamiento de la técnica, las aplicaciones que tiene en general y
las aplicaciones que tiene en la medicina. Pero sobre todo quiero estar más
informada en lo que concierne a su futuro ya que lo más probable es que yo me
encuentre involucrada en el mismo.
2. EN QUÉ CONSISTE LA IMPRESIÓN 3D
La impresión 3D consiste en un grupo de tecnologías a
partir de las cuales un objeto tridimensional es creado
mediante la superposición de capas sucesivas de
material. A diferencia de otras tecnologías de fabricación
por adición, éstas son más rápidas, más baratas y más
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fáciles de usar. El proceso de impresión consiste en producir un objeto 3D físico
a partir de un modelo 3D diseñado por ordenador.
2.1. HISTORIA DE LA IMPRESIÓN 3D
Todo comenzó en 1983 cuando un inventor llamado Chuck Hull, experto en el
campo de la óptica iónica ideó el primer método de impresión 3D, la denominada
estereolitografía. Ésta consistía en un proceso de fabricación por adición. Más
tarde, en el año 1988 la compañía “3D systems” fundada por el mismo visionario
comercializó las primeras máquinas que funcionaban estereolitograficas.
Desde este momento hasta el año 1990 se
crearon dos nuevas formas de impresión:
impresión por deposición de material fundido
(FDM) y la impresión láser (SLS). En 1990
Scott Crum, inventor del sistema FDM fundó la
empresa “Stratasys” con la intención de
comercializar su invento.
La revolución llegó en 1993, cuando unos estudiantes de MIT (Massachusetts
Institute of Technology) tuvieron la ingeniosa idea de abrir una impresora normal
de papel y sustituir la inyección de tinta por una especie de polvillo, naciendo así
la impresión 3D por inyección. Dos años más tarde, estos estudiantes
comercializaron su idea con la empresa 3d Systems.
En 2005 el Dr. Bowyer de la universidad de Bath (Reino Unido) diseñó la primera
máquina autorreplicante, el RepRap, lo cual
supuso una normalización de las impresoras y
facilitó el acceso del público a ellas. Por último, en
el año 2009 la empresa Organovo desarrolló la
primera impresora 3D MMX Bioprinter, dando
comienzo a la bioimpresión.
2.1. MATERIALES Y FUNCIONAMIENTO
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Existen diversos métodos para imprimir en tres dimensiones: inyección,
deposición de fundente, fotopolimerización, estereolitografía.... Yo
voy a centrarme concretamente en dos de los métodos más
utilizados, la impresión por inyección y la impresión por deposición
de material fundente.
El más parecido a la impresión de papel es
mediante la inyección. En ésta, la impresora crea
el objeto capa a capa: primero, coloca una capa
de polvo muy fina a la que un cartucho parecido a
la de las impresoras tradicionales inyecta un
pegamento para fijar la parte que queremos que
quede sólida, a la primera capa se le añadirá otra con la que se llevará a cabo el
mismo procedimiento y así sucesivamente. Para finalizar, tendremos que eliminar
el polvo restante que no haya quedado fijado. Para realizar este tipo de impresión
necesitaremos materiales como: polvos termoplásticos, polvos cerámicos y polvos
metálicos.
Otro de los métodos es la deposición de fundente, fue
desarrollada por Stratasys y además de caracterizarse
por ser muy sencillo también lo hace por su precio
asequible. Consiste en fabricar objetos
tridimensionales mediante la superposición de capas
de materiales. Estos materiales se van uniendo
formando pequeñas capas una encima de otra dando
como resultado final un objeto en 3 dimensiones. En
cuanto a los materiales utilizados, estos suelen ser
termoplásticos. Son materiales que se deforman al aplicar energía calorífica, y
cuya forma se mantiene y se endurece al enfriarse. Además son reciclables
puesto que se elaboran a partir de combustibles fósiles. También pueden ser:
metales eutécticos, materiales comestibles o polietileno de alta intensidad.
2.3. APLICACIONES EN DIVERSOS ÁMBITOS
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Hoy en día la impresión 3D puede ser aplicada en
campos muy diversos. Entre otros beneficios, el uso
de impresoras 3D permite la replicación de objetos
reales sin el proceso de moldeo lo cual ha sido de
gran ayuda para muchos ámbitos de trabajo.
Pocos son los campos donde no ha habido un
desarrollo debido a la impresión 3D, ha afectado
tanto a sectores de peso en la sociedad como
aquellos de menor relevancia.
Se pueden elaborar objetos sencillos como pueden
ser juguetes, figuras de tamaño pequeño y hasta fundas de móviles al gusto de
cada uno. También ofrece la posibilidad de crear ropa y
accesorios a medida, como por ejemplo unos zapatos.
Con respecto al arte, ya son varias las exposiciones de
artistas cuyo trabajo ha estado hecho a partir de
impresoras 3D. Desde piezas para máquinas o incluso
aviones hasta comida o arte, nadie se puede resistir a
los beneficios que ofrece esta nueva técnica.
3. APLICACIONES EN LA MEDICINA
La aplicación que ha causado una mayor
revolución entre todas ellas ha sido en el campo
de la medicina. Donde la impresión 3D ha
dejado de ser una promesa para convertirse en
una herramienta para los profesionales de la
salud.
3.1. MODELOS PARA EL APRENDIZAJE
Hay veces que en la medicina se dan casos muy complejos, como por ejemplo
tumores que se encuentran en sitios muy delicados del cuerpo humano. En estas
intervenciones la vida del paciente depende de una sola oportunidad. La
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impresión 3D ha hecho que eso no tenga que volver a suceder. Se pueden crear
modelos exactos de la zona a tratar en los que practicar antes de la operación,
para poder gozar de una mayor soltura y una mayor probabilidad de realizar con
éxito las intervenciones.
Esta posibilidad ya está dando sus frutos, es el caso de Marc, un niño de cinco
años al que lograron salvar la vida. En el hospital de Sant Joan de Déu diseñaron
una copia exacta del tumor que padecía el niño (un neuroblastoma de gran
tamaño). Según la página web hipertextual, el equipo de médicos practicó con los
modelos y pudieron realizar con éxito la intervención1.
3.2. BIOIMPRESIÓN DE ÓRGANOS
La bioimpresión es uno de los campos que ha nacido a raíz del
desarrollo de la impresión 3D. Esta consiste principalmente en la
impresión de órganos funcionales que pueden sustituir a los
órganos del cuerpo humano.
Los científicos obtienen células humanas de biopsias o células madre y permiten
que se multipliquen en una placa de Petri (un recipiente de cristal o plástico
redondo que se utiliza principalmente para cultivar bacterias, mohos u otros
microorganismos). A partir de este cultivo obtienen una
especie de “tinta biológica” que introducen en la
impresora 3D. La máquina se caracteriza por estar ya
lista para organizar células de forma tridimensional. El
deseo de los médicos es que cuando éstas sean
colocadas en el cuerpo se integren con los demás
tejidos.
En el año 2011 en una universidad de Washington, Estados Unidos, se crearon
huesos a partir de un material muy parecido al del tejido óseo. Estos pueden ser
utilizados para reparar lesiones; además, inyectando esta sustancia en el hueso
- 1 Lara, I. (2014, julio, 4). 3 Innovadoras aplicaciones de la impresión 3D en la Medicina. Recuperado de: 3
innovadoras aplicaciones de la impresión 3D en la Medicina
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natural dañado se podrían utilizar como un andamio para hacer crecer nuevas
células.
Pero estas técnicas no solo se quedan en la teoría sino que ya han sido aplicadas
a la práctica. Según el artículo publicado por 20 minutos, un grupo de médicos e
ingenieros del Colegio Médico Weill Cornell han conseguido llevar a cabo unos
geles inyectables que reconstruyen el cartílago de la oreja2. Además la empresa
de investigación Organovo ya ha conseguido imprimir el tejido hepático, el cual es
capaz de realizar todas las funciones características del hígado. Todavía no se
han conseguido crear hígados funcionales pero se planea que no tardarán mucho
en llegar.
El caso que causó más revuelo en este mundo fue cuando en un hospital
universitario de Utrecht (Holanda)
trasplantaron un cráneo completo en una
mujer holandesa de 22 años. La
operación duró 20 horas y su dificultad
radicaba en el grosor del cráneo de la
paciente. Ésta padecía una enfermedad
que afectaba a los huesos y que hacía
que su cráneo aumentara de grosor. Según el jefe de la operación, “ella no tenía
otra alternativa” 3 , la presión que ejercía el hueso sobre su cerebro iba a acabar
con su vida. Lo increíble de esto es que los síntomas que padecí antes de la
intervención quirúrgica (problemas con la vista y fuertes dolores de cabeza) han
desaparecido por completo. Además, la operación no es notable físicamente.
3.3. PRÓTESIS
En mi caso, debido principalmente a mis intereses personales, he decidido
centrarme en las prótesis. Según la enciclopedia virtual Wikipedia “La prótesis es
una extensión artificial que reemplaza o provee una parte del cuerpo que falta por
2 González, D. ( 2014, octubre, 8). La magia de las impresoras 3D, máquinas que fabrican casas, alimentos y
órganos humanos. 20 minutos. Recuperado de: La magia de las impresoras 3D, máquinas que fabrican casas
3 Bon Werbeij. (2014, marzo, 30). Las aplicaciones de la impresora 3D revolucionan la medicina. Recuperado de:
Las aplicaciones de la impresora 3D revolucionan a la ...
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diversas razones”4. Es habitual que éstas sean confundidas con aparatos
ortopédicos, ortesis, pero se diferencian en que las prótesis deben reemplazar el
miembro del cuerpo, es decir, dar la misma función que daría el miembro natural.
Gracias a la impresión 3D, éstas han tenido una mejora notable en los pasados
años. A continuación explicaré el funcionamiento, los materiales, las ventajas e
inconvenientes y por último algunos ejemplos.
3.3.1. SU FUNCIONAMIENTO
El funcionamiento de una prótesis creada a partir
de la impresión 3D es relativamente sencillo. La
prótesis es diseñada por ordenador gracias a
programas como por ejemplo “autoCAD”
posteriormente se imprime mediante alguno de
los diferentes métodos ya explicados y por último
comienza su uso. Normalmente éstas suelen estar constituidas a base de titanio y
materiales plásticos o cerámicos.
3.3.2. USOS Y EJEMPLOS
Hay muchísimos ejemplos de experiencias satisfactorias que ha vivido la gente
gracias a este nuevo descubrimiento.
En primer lugar, una de las grandes aplicaciones que ha tenido ha sido a la hora
de crear exoesqueletos. Éstos consisten en mecanismos que adosados a un
miembro del cuerpo consiguen mejorar el funcionamiento del mismo. Emma, una
niña de Filadelfia, Estados Unidos, nació con una
enfermedad llamada artrogriposis múltiple congénita
(AMC). Ésta provoca la rigidez de articulaciones y el
subdesarrollo de músculos. Gracias a un cito esqueleto
llamado WREX la niña era capaz de abrazar, jugar y
alimentarse por sí misma. El único problema era que
Emma, al tener solo 2 años, era demasiado pequeña para llevar el aparato por su
4 Anónimo. (2014, agoto, 6). Prótesis. Recuperado de: Prótesis
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elevado peso y tamaño. Pero gracias a la impresión y a la colaboración de
algunos investigadores, fueron capaces de imprimir un mecanismo exclusivo para
ella, de bajos costes y funcionamiento perfecto. Como dijo la madre de la niña dijo
que lo mejor es que si se rompe una pieza del aparato lo único que tiene que
hacer es sacarle una foto y enviarla al creador del exoesqueleto, inmediatamente
después él puede imprimirla sin complicación ninguna5. Ahora Emma vive una
vida normal como cualquier otra niña de 5 años salvo que como ella dice tiene
“brazos mágicos”6.
A raíz del desarrollo de esta técnica han surgido proyectos como el Project Daniel,
Not impossible. Este proyecto pretende “proporcionar brazos prostéticos a
jóvenes amputados en la guerra del sur de Sudán”7. El nombre del proyecto está
dedicado a Daniel Omar, quien cuidando del ganado de su familia perdió ambos
brazos a causa de una explosión. Mick Ebeling, productor de cine y filántropo
conoció su caso y decidió viajar a un campo de refugiados donde estaba. Según
el artículo publicado en la página web de televisión española, Daniel recibió una
prótesis de brazo y fue capaz de comer por sí solo desde que fue herido8.
3.3.3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS
La mayor ventaja que presenta esta nueva
manera de crear prótesis es que estas pueden
estar hechas a medida. Puesto que el diseño de
la prótesis se hace por ordenador, esto ofrece la
posibilidad de crearla “a tu gusto” por así decirlo,
no hay que seguir un modelo estrictamente. Se
pueden cambiar las medidas y el diseño de la
misma atendiendo a las necesidades del paciente.
5 Stratasysfdm.( 2012, agosto, 1). 3-D printed “Magic Arms”. Recuperado de: 3D
6 Stratasysfdm.( 2012, agosto, 1). 3-D printed “Magic Arms”. Recuperado de: 3D
7 De Ferrol, R. (2013, enero, 13). Las impresoras 3D fabrican en casa ecografías, lámparas o cartílagos
humanos. Y cuestan mil euros. Recuperado de: Las impresoras 3D fabrican en casa ecografías, lámparas o ...
8 De Ferrol, R. (2013, enero, 13). Las impresoras 3D fabrican en casa ecografías, lámparas o cartílagos
humanos. Y cuestan mil euros. Recuperado de: Las impresoras 3D fabrican en casa ecografías, lámparas o ...
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La segunda ventaja de mayor peso es la disminución del coste de las prótesis.
Gracias a que no se necesita demasiada mano de obra, es decir, su elaboración
es mucho más sencilla de lo que era antes, su valor es muchísimo menor. A
pesar de que esto no parezca semejante revolución ha cambiado la vida de
muchos que no podían optar a ellas por su elevado precio.
Es el caso de José Delgado, un estadounidense que ha decidido cambiar su
prótesis de mano, cuyo valor era de 42.000 dólares, por una más sencilla creada
a partir de una impresora 3D que ha costado tan solo 50 dólares.
La mayor desventaja que supone esta gran innovación es la disminución de
puestos de trabajo. Como con todas las máquinas desarrolladas, esto conlleva a
una gran consecuencia, el reemplazo de las personas. La eficiencia de la
tecnología sobre el hombre es indudablemente mayor, y por lo tanto implica que
el segundo sea reemplazado por el primero. Aunque esto sea una mala noticia
para muchos trabajadores del sector, la tecnología avanza constantemente y
nosotros debemos hacerlo con ella. A pesar de que muchos trabajadores sean
destituidos, otros puestos serán creados.
5. CONCLUSIÓN
Al finalizar este trabajo, soy consciente del poco conocimiento que tenía acerca
del tema. Me doy cuenta de que la impresión 3D es una de las mayores
revoluciones de este siglo, ya que ha supuesto desarrollo para la mayoría de
sectores que conforman la sociedad, en especial la medicina, y la mejora de la
vida de muchas personas.
Me alegro de haber escogido este tema y me doy cuenta de que ahora poseo un
conocimiento básico sobre la materia, lo cual me será muy útil en el futuro. Espero
poder seguir aprendiendo más sobre ella y voy a intentar mantenerme informada
sobre los futuros avances que tenga. La impresión 3D ya ha revolucionado
muchos campos y apenas acaba de empezar. Espero que todas las promesas
que tiene esta tecnología para el futuro se cumplan y que no deje de evolucionar.
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6. WEBGRAFÍA
- Anónimo. (2014, diciembre, 15). Impresión 3D. Recuperado de: Impresión
3D
- Anónimo. (2014, marzo, 30). Las aplicaciones de la impresora 3D
revolucionan la medicina. Recuperado de: Las aplicaciones de la impresora
3D revolucionan a la ...
- Anónimo. (2014, agoto, 6). Prótesis. Recuperado de: Prótesis
- Bejerano, P. (2014, octubre, 9). Bioimpresión 3D:lo que hay y lo que
vendrá. Recuperado de: Bioimpresión 3D: lo que hay y lo que vendrá
- De Ferrol, R. (2013, enero, 13). Las impresoras 3D fabrican en casa
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Recuperado de: Las impresoras 3D fabrican en casa ecografías, lámparas
o ...
- González, D. (2014, octubre, 8). La magia de las impresoras 3D, máquinas
que fabrican casas, alimentos y órganos humanos. 20 minutos. Recuperado de: La magia de las impresoras 3D, máquinas que fabrican
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- Jonatías. (2014, marzo, 1). Impresoras 3D para uso medico entrevista a Jorge Chernoff Recuperado de:Impresoras 3D para uso medico entrevista
a Jorge Chernoff
- Lara, I. (2014, julio, 4). 3 Innovadoras aplicaciones de la impresión 3D en la Medicina. Recuperado de: 3 innovadoras aplicaciones de la impresión 3D
en la Medicina
- Morrison, H. (2013, agosto, 28). Impresión de órganos Ya es posible
imprimir riñón en 3D con impresora biológica. Recuperado de: Impresión de
órganos Ya es posible imprimir riñón en 3D ...
Impresión 3d orientado hacia la medicina
13
- Pérez, D. (2013, octubre, 13). La bioimpresión 3D llega a España de la
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fabrican en casa ecografías, lámparas o …
- Romero, S. (2014, mayo, 14). Crean riñones artificiales con una impresora
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- Stratasysfdm( 2012, agosto, 1). 3-D printed “Magic Arms”. Recuperado de: 3D
