A impressão 3D pode melhorar o diagnóstico em saúde?

A fabricação aditiva é usada em aplicações que vão de bicos de combustível de motores aeronáuticos a componentes de turbinas. Pode permitir estruturas leves e complexas e facilitar reparos. Durabilidade, custo e prazo dependem dos materiais e do processo.

Na saúde, a fabricação aditiva, ou impressão 3D, também tem uma história de várias décadas.

Ao avaliar suas aplicações no diagnóstico, é preciso distinguir os dispositivos médicos já utilizados dos tecidos vivos e sistemas de teste ainda em desenvolvimento.

A fabricação aditiva na medicina

A ASTM International define fabricação aditiva como a criação de objetos a partir de dados de modelos tridimensionais, unindo material, geralmente em camadas. Isso a diferencia de métodos que removem material, como a usinagem.

A impressão 3D é usada na odontologia, em próteses e em soluções adaptadas ao paciente. Pode atender tanto à produção individualizada quanto a determinadas aplicações em série. Não significa que todos esses produtos fossem impossíveis de fabricar por outros métodos.

Na ortopedia, dados de exames de imagem ajudam a criar formas adequadas à anatomia do paciente. Implantes padronizados e outros métodos de adaptação também existiam; os pacientes não tinham apenas uma opção de tamanho único. A fabricação de tecidos vivos constitui outra área de pesquisa.

Os primeiros trabalhos de engenharia de tecidos da bexiga usaram estruturas de suporte de colágeno e polímeros sintéticos, povoadas com células do próprio paciente. As primeiras intervenções da equipe de Boston ocorreram em 1999, e os resultados foram publicados em 2006. Uma estrutura preparada manualmente e recoberta de células não equivale a um órgão inteiro produzido por bioimpressão 3D.

O trabalho da Wake Forest com o sistema ITOP demonstrou estruturas de orelha, osso e músculo avaliadas em animais. Não demonstrou a impressão rotineira de órgãos inteiros para humanos. Pesquisadores brasileiros produziram organoides hepáticos com algumas funções do fígado em laboratório. Eles não eram órgãos completos capazes de substituir um fígado humano em transplante.

A impressão 3D médica deve ser distinguida da impressão de órgãos vivos. Implantes, guias cirúrgicos e próteses externas já têm uso comercial. A produção de órgãos vivos completos para transplante continua sendo uma área de pesquisa.

No diagnóstico, estudam-se pequenos canais para líquidos e sistemas de análise próximos do paciente. A fabricação por impressão 3D não comprova, por si só, a precisão de um teste nem sua prontidão para uso clínico.

Consulte a lista de ações ligadas à bioimpressão 3D.

Ferramentas de saúde digital e diagnóstico

O artigo de 2023 citava uma pesquisa e análise da Deloitte. Esse tipo de levantamento descreve o uso e as opiniões declarados por participantes nos Estados Unidos. Isoladamente, não mede o mercado mundial de diagnóstico nem a participação da impressão 3D.

A análise publicada pela Deloitte citava 4.545 adultos dos Estados Unidos entrevistados em 2022. Entre eles, 49% usavam dispositivos vestíveis ou outros aparelhos inteligentes para acompanhar exercícios e melhorias na saúde, contra 28% em 2015. Percentuais de finalidades diferentes não devem ser confundidos com consultas virtuais ou testes diagnósticos.

Uma mudança de comportamento percebida pelo usuário não comprova melhores resultados clínicos ou maior precisão das medições. Os 85% mencionados na análise se referiam à disposição para usar testes genéticos na avaliação de riscos à saúde, e não à aceitação geral de todos os testes diagnósticos.

Os quase US$ 15 bilhões em 372 operações de financiamento no primeiro semestre de 2021 abrangiam o setor de saúde digital, não apenas diagnóstico ou impressão 3D. O valor comparativo de US$ 1,1 bilhão correspondia a um ano inteiro anterior. A pesquisa não demonstra que a satisfação dos consumidores causou o aumento dos investimentos.

Um exemplo concreto de pesquisa é o desenvolvimento de chips capilares imprimíveis em 3D por uma equipe da Universidade McGill.

Um laboratório em um chip

A McGill apresentou em novembro de 2023 um chip capilar que podia ser impresso em cerca de 30 minutos. Esse prazo se refere à fabricação, não ao processo completo de preparação da amostra e obtenção do diagnóstico. A realização de testes próximos do paciente era uma possível aplicação futura.

David Juncker, chefe do Departamento de Engenharia Biomédica da McGill e autor sênior do estudo, via a possibilidade de desenvolver sistemas de teste mais econômicos e fáceis de usar.

O objetivo era permitir que profissionais de saúde criassem, no futuro, soluções para necessidades específicas próximas do paciente. Materiais para os testes, comprovação de desempenho e aprovações regulatórias ainda representavam desafios.

Como funciona o chip capilar?

O chip descartável conduz pequenos volumes de líquido por capilaridade. Uma tira de papel puxa o líquido pelo sistema, como uma toalha de papel absorve um derramamento. O transporte do líquido dispensa uma bomba externa; isso não significa que a impressão e todas as formas de leitura dispensem eletricidade.

Os pesquisadores demonstraram, entre outras aplicações, a quantificação de anticorpos contra o SARS-CoV-2. Isso não equivale à detecção direta do vírus nem ao diagnóstico de uma infecção ativa por covid-19. Mesmo que certos equipamentos periféricos possam ser dispensados, os reagentes e a leitura dependem do teste.

Aquecedores impressos em dispositivos microfluídicos

Pesquisadores do MIT desenvolveram outra solução baseada em impressão 3D para fabricar dispositivos microfluídicos com aquecedores integrados. Tratava-se de pesquisa, não de um teste aprovado e pronto para detectar qualquer doença.

A microfluídica consiste em controlar pequenos volumes de líquido em canais. Pode ser usada em reações químicas e medições, incluindo aplicações diagnósticas com sangue ou outras amostras.

Alguns processos microfluídicos exigem controle preciso de temperatura. A fabricação tradicional e os aquecedores separados podem ser caros, mas os requisitos e os custos variam conforme a aplicação.

A equipe do MIT imprimiu canais de PLA e uma resistência elétrica de PLA com partículas de cobre na mesma etapa de fabricação. O aquecimento depende de corrente elétrica. Portanto, o termo autoaquecimento não significa ausência de uma fonte de energia.

A estimativa de cerca de US$ 2 abrangia apenas materiais, excluindo impressora, trabalho, eletricidade, reagentes e o custo total do teste no paciente. O protótipo elevou a temperatura do líquido em cerca de quatro graus. O limite de aproximadamente 50 °C do PLA e a ausência de sensor de temperatura integrado restringiam o uso. Muitas etapas da PCR exigem cerca de 90 °C e, portanto, desenvolvimento adicional.

As empresas abaixo oferecem equipamentos, materiais ou software. Nem todos os produtos são testes diagnósticos, e o uso em pesquisa não significa aprovação clínica automática.

1. Allevi

A Allevi oferece bioimpressão para pesquisas em engenharia de tecidos, modelos de doenças, medicamentos, biomateriais e medicina regenerativa. O portfólio inclui software, biotintas, células, reagentes e consumíveis. Um órgão em chip modela funções específicas de um órgão; não é um órgão inteiro para transplante.

A Allevi 3 é voltada a pesquisas como materiais, cultura celular tridimensional, modelos de tecidos e administração de medicamentos. As impressões personalizadas podem incluir estruturas de suporte sem células, estruturas vasculares e construções com vários materiais.

A Allevi integra a 3D Systems Corporation (DDD ). Nos resultados de 2022, a controladora informou receita de US$ 538,031 milhões, queda de 12,6% em relação aos US$ 615,639 milhões de 2021. O prejuízo líquido foi de US$ 122,711 milhões, o prejuízo diluído por ação foi de US$ 0,96 e o prejuízo ajustado por ação, fora dos princípios contábeis GAAP, foi de US$ 0,23. São resultados históricos anuais da controladora, não apenas da Allevi.

2. EOS

A EOS GmbH fornece sistemas industriais de impressão 3D para metais e plásticos. Fabricantes de órteses, próteses e outras peças médicas podem aproveitar a flexibilidade de projeto, mas precisam comprovar materiais, qualidade e aprovações para o uso específico.

Na odontologia e na ortopedia, o processo permite criar superfícies complexas. Osseointegração é a ligação do tecido ósseo à superfície do implante. Uma estrutura impressa pode favorecê-la, mas cada produto exige avaliação clínica. A técnica também é aplicada a peças de equipamentos laboratoriais e de imagem.

A fabricação aditiva pode reduzir a necessidade de moldes específicos e integrar funções na mesma peça. Nem todas as ferramentas e etapas de acabamento são eliminadas; menor custo e desenvolvimento mais rápido não são resultados automáticos.

A referência original ao perfil empresarial confundia empresas diferentes chamadas EOS. A EOS GmbH é uma fabricante de sistemas de impressão 3D de propriedade familiar, sediada em Krailling, na Alemanha. A EOS North America adquirida pela Transworld Systems em dezembro de 2021 atuava em cobrança e gestão de recebíveis; não era essa fabricante de impressoras 3D.

3. GE Additive 

A GE Additive passou a se chamar Colibrium Additive em abril de 2024, como parte da GE Aerospace. A fusão por feixe de elétrons, EBM, permite fabricar estruturas porosas para componentes acetabulares de implantes de quadril. Essas estruturas podem favorecer a fixação mecânica e o crescimento ósseo, mas não garantem cicatrização mais rápida para todos os pacientes.

O tamanho de poro de 650 micrômetros citado na descrição antiga correspondia a uma estrutura específica, não a um padrão universal de implantes. Esfericidade, porosidade, escoamento e pequenas partículas aderidas a grãos maiores do pó influenciam a fabricação.

A empresa também fornece máquinas de fabricação aditiva. A Q10plus é usada, entre outras aplicações, em implantes ortopédicos. A M2 Series 5 e a Mlab são outros sistemas para peças metálicas. Arcam EBM e Concept Laser eram marcas anteriores; seu uso mudou em 2024.

No terceiro trimestre de 2023, o grupo GE da época informou receita de US$ 17,3 bilhões. Esse era um resultado histórico do grupo no trimestre, não a receita separada da Colibrium Additive ou da GE HealthCare. O gráfico válido de GE corresponde à empresa atualmente negociada em bolsa; as estruturas empresariais de épocas diferentes devem ser distinguidas.

O futuro da fabricação aditiva no diagnóstico em saúde

A impressão 3D pode tornar mais flexível a fabricação de certos dispositivos diagnósticos. Um protótipo não garante testes mais rápidos, baratos e acessíveis. Confiabilidade, materiais, leitura, aprovações e cadeia de produção são fatores essenciais.

A empresa belga Materialise oferece software, guias cirúrgicos personalizados e soluções de implantes para ombro, acetábulo, crânio, mandíbula e face.

A empresa Stratasys oferece modelos para planejamento cirúrgico e treinamento, protótipos de dispositivos médicos, modelos odontológicos e guias cirúrgicos para posicionamento de implantes. Um modelo ou guia de perfuração não é o implante colocado no corpo.

A colaboração entre pesquisadores, profissionais de saúde e fabricantes pode ajudar a levar métodos adequados da pesquisa à prática. A maturidade técnica e clínica precisa ser avaliada para cada produto.

Consulte a lista de ações ligadas à fabricação aditiva e à impressão 3D.