Fabricación aditiva
¿Puede la fabricación aditiva mejorar la tecnología de diagnóstico sanitario?
La fabricación aditiva, con sus diversas aplicaciones en múltiples industrias, abarca desde la creación de boquillas de combustible para motores de aviación hasta la reparación de cabezales de quemadores para turbinas de gas. Es conocida por su durabilidad, características ligeras, capacidades de optimización geométrica y reducción del tiempo de reparación, entre otras ventajas competitivas.
En el sector sanitario, ha establecido una presencia sustancial. Cabe destacar que la historia de la fabricación aditiva, o impresión 3D, ha estado entrelazada con las ciencias médicas durante muchas décadas.
Pero antes de profundizar en el potencial de la fabricación aditiva en la tecnología de diagnóstico sanitario, primero hagamos una breve visión general de la fabricación aditiva. Exploraremos su definición y comprenderemos su papel crítico en la evolución de las ciencias médicas.
Fabricación aditiva y su historia en las ciencias médicas
La ASTM Society, anteriormente conocida como la American Society for Testing and Materials, define la fabricación aditiva como “un proceso de unión de materiales para crear objetos a partir de datos de modelos 3D, generalmente capa tras capa, a diferencia de las metodologías de fabricación sustractiva”.
El campo de las ciencias médicas ha estado aprovechando la impresión 3D desde finales de la década de 1990 y principios de los 2000. Ayudó a producir implantes dentales y prótesis personalizadas. Estos eran productos que requerían una personalización específica para cada paciente y no podían producirse en grandes volúmenes. La impresión 3D ayudó a cumplir con estos requisitos.
La impresión 3D también ayudó al campo de la ortopedia al permitir a los cirujanos ortopédicos crear una estructura que coincidía y imitaba específicamente las características fisiológicas de un paciente. Anteriormente, esos pacientes no tenían otra opción más que conformarse con implantes de ‘talla única’. Desde los implantes y prótesis, el siguiente paso que dio la impresión 3D se orientó hacia dispositivos miméticos orgánicos.
A principios de los 2000, el equipo de investigadores del Boston Children’s Hospital utilizó la ‘andamiaje’, un método de construcción que facilitaba la fabricación manual de vejigas de reemplazo a partir de colágeno y polímero sintético. Sin embargo, este método consumía mucho tiempo y no era fácilmente reproducible. También era una estrategia costosa para la construcción de órganos. Pero, finalmente, la fabricación aditiva apareció en escena para ayudar a resolver este problema.
Los investigadores del Wake Forest Institute for Regenerative Medicine desarrollaron eventualmente máquinas capaces de imprimir de forma constante órganos y tejidos para ensayos clínicos. Tras este avance, otro grupo de investigadores brasileños impulsó el progreso al imprimir con éxito organoides. Estos organoides pudieron realizar todas las funciones del hígado humano, incluyendo la síntesis de proteínas, el almacenamiento de vitaminas y la secreción de bilis. Sin embargo, estos hígados en miniatura aún no eran viables como reemplazos trasplantados para los hígados humanos reales.
En este punto, aunque la fabricación aditiva o impresión 3D continuaba encontrando valor en el campo de las ciencias médicas aplicadas, su aplicación seguía estando mayormente limitada a ensayos clínicos y pruebas de laboratorio.
Naturalmente, a los investigadores y médicos involucrados se les ocurrió aprovechar la fabricación aditiva para mejorar la tecnología de diagnóstico sanitario, la cual representa un tamaño de mercado significativo a nivel mundial.
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El mercado global de la tecnología de diagnóstico sanitario
El mercado de la tecnología de diagnóstico sanitario ha estado en modo de expansión. Este crecimiento está subrayado por una reciente investigación y encuesta realizada por Deloitte, que revela un aumento significativo en el número de consumidores de salud en EE. UU. que utilizan tecnología de diagnóstico para una variedad de propósitos entre 2018 y 2022.
Específicamente, el porcentaje de consumidores que utilizan dispositivos portátiles, aplicaciones, asistentes digitales y dispositivos inteligentes para medir objetivos de fitness y mejora de la salud pasó del 42 % en 2018 al 49 % en 2022. Además, la proporción de personas que usan estas tecnologías para monitorear problemas de salud también aumentó, pasando del 27 % en 2018 al 34 % en 2022.
No solo los números de adopción se dispararon, sino que la tecnología de diagnóstico sanitario también ha experimentado niveles de satisfacción significativamente mejorados entre los consumidores. Entre los usuarios de estos dispositivos, el 78 % reconoció un impacto positivo en su comportamiento. En general, el 85 % de los consumidores expresó comodidad al usar pruebas diagnósticas para evaluar su salud y riesgos de salud.
La consecuencia de los niveles mejorados de satisfacción del cliente ha influido positivamente en el interés de inversores e industria en la tecnología de diagnóstico sanitario. En la primera mitad de 2021, los inversores inyectaron casi US$15 mil millones en 372 acuerdos de salud digital, un aumento sustancial en comparación con hace una década, cuando los números se limitaban a menos de 100 acuerdos y solo US$1,1 mil millones en inversiones.
Ecoando este interés positivo de la industria en la tecnología de diagnóstico sanitario, el subsegmento de aplicaciones de fabricación aditiva también vio avances notables. Un ejemplo destacado de esto es el desarrollo de pruebas impresas en 3D en el lugar por investigadores de la Universidad McGill.
Laboratorio en un chip: Un avance impreso en 3D en la tecnología de diagnóstico sanitario
Los investigadores de la Universidad McGill han inventado una tecnología de diagnóstico ‘laboratorio en un chip’ que podría cambiar el juego. El chip puede fabricarse mediante impresión 3D en 30 minutos.
El profesor David Juncker, presidente del Departamento de Ingeniería Biomédica en McGill y autor principal del estudio, dijo que la tecnología ayudaría a “individuos, investigadores e industrias a explorar nuevas posibilidades y aplicaciones de manera más rentable y fácil de usar”.
La innovación en su forma aplicada puede ayudar a escalar y acelerar las pruebas diagnósticas al dotar a los profesionales de la salud del alcance y la capacidad de “crear soluciones a medida para necesidades específicas directamente en el punto de atención”.
¿Cómo funciona el Laboratorio en un Chip?
Los investigadores desarrollaron chips capilares con el potencial de funcionar como laboratorios en miniatura. A diferencia de los microprocesadores de computadora, estos chips capilares son de un solo uso y operan sin una fuente de energía externa. El proceso se facilita mediante una simple tira de papel que utiliza la acción capilar, similar a cómo las toallas de papel absorben derrames líquidos sobre una mesa de cocina.
En este método, no se requieren periféricos, como ocurre en los diagnósticos tradicionales. Los chips capilares utilizados en este método son imprimibles en 3D y pueden usarse para una variedad de pruebas, incluida la cuantificación de anticuerpos contra COVID‑19.
Impresión 3D para métodos de detección de enfermedades rentables
Los investigadores del MIT han ideado otra solución de fabricación aditiva o solución impulsada por impresión 3D para crear herramientas de detección de enfermedades baratas y precisas. En este caso, los investigadores aprovechan la impresión 3D para producir dispositivos microfluídicos auto‑calentables.
La microfluídica se refiere al uso de máquinas en miniatura que pueden manipular fluidos y facilitar reacciones químicas. La tecnología se considera un posible cambio de juego, ya que puede detectar enfermedades en pequeñas muestras de sangre o fluidos.
La microfluídica ya se utiliza en el campo del diagnóstico. Sin embargo, a menudo requiere un proceso de fabricación complicado y costoso, lo que dificulta su escalado.
La solución del equipo del MIT utiliza impresión 3D multmaterial para crear dispositivos microfluídicos auto‑calentables. Estos dispositivos incluyen elementos calefactores incorporados.
El proceso requiere una única y económica fase de fabricación. Además, la tecnología es altamente personalizable, y el proceso de fabricación de bajo costo necesita solo alrededor de US$2 en materiales para obtener un microfluídico listo para usar.
Con la investigación continua en este campo, muchas empresas han decidido llevar la fabricación aditiva más allá del ámbito de los laboratorios y hacerla utilizable a gran escala. Ahora veremos algunas de esas compañías y sus soluciones.
1. Allevi
Allevi, una empresa conocida por sus soluciones de bioimpresión en ingeniería de tejidos 3D, investigación de órganos en chip, pruebas de fármacos, desarrollo de biomateriales y medicina regenerativa, afirma atender a cientos de laboratorios en todo el mundo. Además, ofrece una gama completa de productos de fabricación aditiva, mejorando el campo de la salud y el diagnóstico. Su catálogo incluye software de bioimpresión, bioink, aditivos, células, reactivos y consumibles.
En particular, Allevi produce algunas de las bioimpresoras más avanzadas tecnológicamente. Sus bioimpresoras Allevi 3 están diseñadas y optimizadas específicamente para la investigación en áreas diversas como la ingeniería de tejidos, la ciencia de materiales, la medicina regenerativa, la modelación de enfermedades, cultivos 3D, sistemas microfisiológicos, la administración de fármacos y más. Además, la empresa ofrece servicios como bioimpresiones personalizadas para varios proyectos, incluidos andamios libres de células, órganos en chip, impresiones vasculares e impresiones multmaterial.
(DDD )
Allevi ahora forma parte de 3D Systems Corporation (NYSE:DDD). En 2022, la empresa informó ingresos anuales de $538,031,000, lo que representa una disminución del 12,6 % respecto a los ingresos de 2021 de $615,639,000. Además, registró una pérdida neta de $122,711,000, lo que equivale a una pérdida diluida por acción de $0,96 y una pérdida diluida non‑GAAP por acción de $0,23 para el año 2022.
2. EOS
EOS ofrece una amplia gama de soluciones de impresión 3D para tecnología médica, atendiendo tanto a paradigmas de producción personalizados como optimizados. Las soluciones industriales de impresión 3D de la empresa para ortesis y prótesis permiten a los fabricantes cumplir con estrictas normas de calidad y certificación, al tiempo que mantienen la libertad de diseño individual y gestionan los costos.
En el campo de la tecnología dental, las soluciones de impresión 3D de EOS ayudan a laboratorios y proveedores de servicios a ofrecer productos de alta calidad de forma constante. Además, la tecnología de impresión 3D de EOS es experta en crear una diversa gama de estructuras superficiales. Esta capacidad es particularmente beneficiosa para procesos como la oseointegración, facilitando la integración entre el tejido óseo vivo y la superficie de los implantes óseos. La tecnología de impresión 3D de EOS también desempeña un papel crucial en la optimización de componentes para equipos de laboratorio y aparatos de imagen diagnóstica.
Beneficia a los proveedores de servicios con una producción sin herramientas que ayuda a reducir los costos de ensamblaje. Las soluciones cuentan con propiedades de diseño flexible e integración funcional. Además, la tecnología de impresión 3D de EOS también acelera los ciclos de desarrollo y reduce el tiempo de comercialización.
Transworld Systems adquirió EOS por una cantidad no revelada en diciembre de 2021, siendo una empresa privada con sede en Wilmington, Delaware, Estados Unidos.
3. GE Additive
GE Additive ayuda a aplicar la fabricación aditiva en el campo de las ciencias médicas con soluciones basadas en productos y máquinas de impresión 3D. Su proceso EBM para copas acetabulares reemplaza los recubrimientos tradicionales con estructuras de celosía tridimensionales, mejorando la fijación inicial y permitiendo una fusión y crecimiento óseo más rápidos.
Sus estructuras de celosía están diseñadas para un tamaño de poro clínicamente optimizado de 650 micrones. GE Additive también produce polvos certificados de alto rendimiento para la industria ortopédica con alta esfericidad, baja porosidad, contenido mínimo de satélites y la mejor fluidez y densidad de empaquetado de su clase.
GE también suministra máquinas de fabricación aditiva. Su Arcam EBM Q10 plus está optimizada para la producción en serie de implantes ortopédicos. Su Concept Laser M2 Series 5 ayuda a mantener la consistencia y producir piezas repetibles y de alta calidad a escala. La familia de instrumentos Concept Laser Mlab es adecuada para la producción rápida y eficiente de piezas de alta calidad superficial.
(GE )
Para el tercer trimestre de 2023, GE informó unos ingresos de US$17,3 mil millones.
El futuro de la fabricación aditiva en los diagnósticos sanitarios
Ya hemos visto a investigadores de las principales universidades de todo el mundo trabajando en innovaciones de fabricación aditiva. Estas innovaciones definitivamente harán que los diagnósticos sanitarios sean más accesibles, menos periféricos y menos intensivos en consumibles, más rápidos y fáciles de implementar. Además de las empresas que ya hemos mencionado, muchas otras empresas innovadoras están trabajando para escalar soluciones de impresión 3D en tecnología de salud y med‑tech.
Por ejemplo, la empresa belga de impresión 3D Materialise ofrece software de impresión 3D para investigadores y cirujanos, guías quirúrgicas personalizadas y otras herramientas de punto de atención. También vende soluciones ortopédicas personalizables, incluidos implantes de hombro, cadera acetabular y craneomaxilofaciales.
La empresa con sede en Minnesota Stratasys ofrece capacidades de impresión 3D para modelos de planificación quirúrgica, entrenamiento y educación de profesionales de la salud, prototipado de dispositivos médicos e implantes dentales.
Una colaboración sinérgica entre investigadores, instituciones científicas, médicos, cirujanos y empresas manufactureras ayudaría a aprovechar aún más la fabricación aditiva o la impresión 3D en beneficio de los diagnósticos sanitarios.
