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La impresión 4D salva a tres niños con un implante que crece con ellos

01/05/2015

Kaiba, Garret e Ian apenas juntaban dos años entre los tres cuando una impresora les salvó la vida. Los pequeños nacieron con una rara y grave anomalía en las vías respiratorias. Para sacarlos adelante, tuvieron que abrirles la tráquea y meterles un tubo por el que podían respirar gracias a un ventilador mecánico. Sus pocos meses de vida los pasaban en una unidad de cuidados intensivos (UCI). Tres años después, los niños ya están en casa. Todo gracias a una férula impresa que creció con ellos hasta que sus diminutos bronquios fueron lo bastante fuertes como para que el implante se disolviera por si solo.
Con una impresora 3D se puede imprimir casi de todo, desde coches hasta una miniatura de la torre Eiffel. Con un programa de diseño por ordenador, la fabricación por capas ofrece la posibilidad de personalizar casi cualquier cosa, un aspecto que la hace muy interesante para la medicina. Ya se imprimen huesos, prótesis dentales, cartílagos… Pero, con los niños hay problema: crecen muy deprisa. Para ellos se necesitan objetos que, una vez impresos, puedan cambiar con el tiempo y adaptarse a su crecimiento. Es la cuarta dimensión o impresión 4D.

Es difícil transmitir lo enfermos que estaban estos niños», dice el cirujano que les implantó la férula impresa
Con este enfoque, un grupo de expertos estadounidenses liderados por el profesor de otorrinolaringología pediátrica de la Universidad de Michigan (EE UU), Glenn Green, ha estado ensayando implantes con biomateriales hechos con una impresora 3D. Eligieron un poliéster que tiene la particularidad de que se degrada con el paso del tiempo hasta que el organismo lo absorbe y acaba expulsando. Los investigadores lo probaron con ratas y cerdos, pero ellos creían que la impresión 4D podría servir para mucho más. Podría salvar la vida a niños.

Green y sus colegas consiguieron que la FDA, la agencia federal de EE UU que regula y vigila medicamentos y dispositivos médicos, autorizara una excepción a la norma para poder ensayar sus ideas con un grupo de niños. Los pequeños habían nacido con traqueobroncomalacia, una anomalía en los bronquios que se los cierra cada vez que respiran. De los 30 que localizaron por todo el país, seleccionaron a tres cuya vida corría mayor peligro.
«Es difícil transmitir lo enfermos que estaban estos niños. Los tres habían estado en la UCI durante meses. En ese tiempo, necesitaban de una fuerte sedación, narcóticos y paralizantes», recuerda Green. A los tres les hicieron una traqueostomía en el cuello para colocarles un tubo para respirar con ventiladores artificiales. «Aún así sufrían continuos episodios que requerían maniobras de resucitación», añade el doctor Green que, al igual que sus compañeros de aventura, ha invertido buena parte de su dinero en comprobar la eficacia de la impresión 4D para tratar a niños enfermos.
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Con solo tres meses, a Kaiba le implantaron una férula impresa para sostener sus bronquios. Ya con tres años, no necesita respiración asistida y pronto le quitarán el tubo de su garganta. / Universidad de Michigan
El pequeño Kaiba tenía solo tres meses cuando le hicieron el implante. Como los otros dos, no salía de la UCI desde que nació y tenía un sinfín de problemas asociados a su enfermedad, desde alteración de la ratio de oxígeno inhalado dióxido de carbono exhalado hasta inflamación pulmonar o alteración de su metabolismo. Por lo que fuera, las paredes internas de sus bronquios colapsaban cuando espiraba, cerrando los conductos.

Lo que hicieron los investigadores fue escanear su tráquea para tener una imagen en tres dimensiones del problema. Con esa información pudieron diseñar la férula con las dimensiones necesarias para su caso concreto. En sus trabajos previos con animales, los médicos habían comprobado que el poliéster utilizado, la policaprolactona, mantiene sus propiedades durante unos 16 meses. Después de ese tiempo, va reduciendo su peso molecular, los enlaces entre moléculas se van debilitando y, poco a poco, se degrada.
Esa degradación a lo largo del tiempo viene que ni pintada a los niños con traqueobroncomalacia. Afección capaz de matarlos, el riesgo va desapareciendo a medida que el pequeño crece. A partir de los tres años, los bronquios han recuperado su fuerza y son capaces de hacer su trabajo por si solos. Así que solo se trata de aguantar ese tiempo.

El problema es que, tal y como explican en la revista Science Translational Medicine, no hay datos sobre el ritmo de crecimiento de los bronquios en los niños de tan corta edad. Por eso necesitaban un material que creciera con ellos. Y es otra propiedad de la férula que imprimieron. Agarrada a las paredes exteriores de cada bronquio con sutura, el material siguió la llamada ley cuadrático-cúbica, adaptando su forma y ampliando su volumen a medida que las vías respiratorias se iban agrandando.
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Las férulas a implantar en los tres niños se diseñaron digitalmente antes de imprimirlas. / Morrison et al., Science Translational Medicine
A las tres semanas del implante, Kaiba se libró del ventilador mecánico y pudo volver a casa. Durante una serie de revisiones, los médicos fueron comprobando cómo el poliéster primero crecía con los bronquios para, después, ir desapareciendo. Hoy, con tres años y medio, Kaiba no sufre de traqueobroncomalacia y la férula hace tiempo que se fue por el retrete.

Un diseño rápido y personalizado

«El proceso de fabricación de la férula muestra el poder de la combinación entre un diseño digital específico para cada paciente y la impresión 3D, la capacidad para crear dispositivos personalizados o, incluso, desarrollar objetos completamente nuevos para una necesidad concreta», comenta el profesor de ingeniería biomédica de la Universidad de Michigan y responsable de la creación del implante, el doctor Scott Hollister.

Además, el diseño digital y la impresión 4D de biomateriales es cuestión de días, como demuestra el caso de Garret, que apenas tenía 16 meses cuando le hicieron el implante. En su caso, tenía afectados los dos bronquios, por lo que necesitó dos férulas. «Las dos tenían que ser colocadas en un pequeño espacio donde la tráquea y los bronquios se unen. Para este paciente, nos reunimos un miércoles, modificamos el programa y creamos el diseño el jueves e imprimimos las férulas el viernes para implantarlas la siguiente semana. Del desarrollo de un nuevo dispositivo hasta tener una férula implantable nos llevó tres días», explica Hollister.

El poliéster usado en el implante se degrada al ritmo en que se desarrollan los bronquios

Con Kaiba habiendo cumplido su sueño de ver en persona a Mickey Mouse, con Garret, el caso más complicado, que solo tiene que conectarse al ventilador cuando se va a cama, o incluso con el pequeño Ian, que acaba de cumplir un año desde el implante, los investigadores creen que su historia puede ser solo el principio de algo más grande.

«El potencial de la impresión 3D de material médico para mejorar la personalización y los resultados para el paciente es evidente, pero su implementación en la práctica médica se enfrenta a grandes barreras», escriben los autores en las conclusiones de su trabajo. Una es la regulación existente, que aún tiene que adaptarse a esta nueva tecnología. Pero hay otro factor y no es otro que «la falta de interés económico de la industria», aclaran. Enfermedades tan raras como la traqueobroncomalacia, que afecta a 1 de cada 2.500 niños, no interesan demasiado a los fabricantes. Para pequeños como Kaiba, Garret e Ian, solo la impresión 3D puede ser la solución.