Cómo el modelado 3D transforma férulas y stents de vía aérea: Mejorando precisión y resultados en pacientes

Hemos escrito antes sobre el creciente papel del modelado e impresión 3D en aplicaciones médicas, y su impacto mejorando vidas. Pero esta tecnología promete aún más al permitir procedimientos que salvan vidas.

En blogs previos, cubrimos prótesis potenciadas desarrolladas por el grupo de investigación Biomecatrónica del MIT donde el miembro inferior debe modelarse para entender la estructura interna y la fuerza de tejidos y músculos individuales usados para controlar el miembro. Así, mientras el miembro básico es construcción estándar, la estructura de fijación y sensores debe modelarse y manufacturarse para cada cliente.

También discutimos cómo la personalización masiva se extenderá al quirófano donde cirujanos insertarán stents de vena coronaria y articulaciones de reemplazo personalizadas para el paciente, y que pronto los pacientes tendrán sus arterias y articulaciones afectadas modeladas en 3D para determinar la configuración y tamaño exactos necesarios.

Ambos conjuntos de aplicaciones demuestran cómo el modelado e impresión 3D mejoran tratamientos y aplicaciones existentes. Y aunque cambian vidas, hay una nueva aplicación que solo es práctica gracias al modelado e impresión 3D —férulas o stents de vía aérea o traqueal— dispositivos que pueden salvar vidas.

Situación actual

Los stents de vía aérea (árbol traqueobronquial) actuales son asuntos relativamente rudimentarios consistentes en tubos en Y con algún mecanismo para mantenerlos en su lugar. Parecen más algo de tu coche que un dispositivo médico. Como estos stents son simples en construcción y solo se ajustan aproximadamente, pueden moverse dentro de la vía aérea, reduciendo su efectividad. O peor, el stent puede bloquearse con moco o causar formación de tejido nuevo alrededor del mecanismo destinado a sujetarlo.

La forma y tamaño de estos stents puede personalizarse, pero requiere tomar medidas del paciente y comunicarlas al fabricante. Este proceso puede tomar semanas hasta que se entrega un nuevo stent y aun resulta en un stent que ajusta menos que perfectamente. Y por supuesto siempre hay casos donde el paciente no puede esperar.

Fabricación 3D llevada al siguiente nivel

Entra el Dr. George Chang del Centro Médico Beth Israel Deaconess, quien vio la aplicación potencial del modelado e impresión 3D para desarrollar stents personalizados que terminen con los problemas de ajuste de soluciones actuales. Usando una beca para financiar el proyecto, el Dr. Chang reunió un equipo diverso para abordar el problema. El primer reto fue que ninguna impresora 3D podía manejar el silicona de grado médico necesaria para el stent. La solución fue imprimir en 3D un molde que luego se usara para crear el stent necesario del material adecuado. Basado en esa realización, el equipo escribió un programa para tomar un escaneo 3D de la tráquea del paciente y generar el molde necesario. No solo el nuevo stent es un ajuste perfecto, funcionando mucho mejor que stents comerciales previos, sino que el tiempo para generar el stent toma solo unos días.

Hay un derivado interesante del trabajo del Dr. Chang: los moldes hechos para pacientes representan un dispositivo de entrenamiento muy realista para médicos pulmonares aprendiendo broncoscopia. No solo son mucho más baratos que los modelos de entrenamiento actuales, capturan todos los detalles de un árbol traqueobronquial real.

Subiendo el nivel al once

Tan impresionante como el trabajo pionero del Dr. Chang, básicamente reemplaza un estilo antiguo de stent. Pero para lactantes sufriendo traqueobroncomalacia (TBM), los únicos tratamientos actuales son cirugías complicadas y ventilación y monitorización constantes. Incluso con cirugías, las chances de supervivencia no son buenas. Sin embargo, los que sobreviven superan la condición a los tres años.

La TBM es una condición donde la vía aérea se comprime por órganos internos presionando sobre un árbol traqueobronquial débil. Aunque un stent podría ser solución obvia, hay dos grandes retos:

• El tamaño de la vía aérea del lactante. Por problemas de ajuste, un stent no es práctico.
• Cualquier remedio debe crecer con el lactante.

El equipo de Scott Hollister, PhD, Glenn Green, PhD, y Robert Morrison, MD, de la Universidad de Michigan, Ann Arbor, concibió el concepto de una férula impresa en 3D (que rodea la tráquea) que crece con el paciente. Además, querían crear una férula biorresorbable, es decir, que se absorba en el cuerpo del niño en un par de años, evitando cirugía posterior para retirar la férula.

La solución empieza con un modelo 3D construido a partir de imágenes TC del tracto respiratorio del lactante. De este modelo, se crea un modelo 3D impreso del árbol traqueobronquial del niño para ajuste, junto con la propia férula. La férula se imprime usando un biopolímero llamado policaprolactona, que no solo es biodegradable, sino también económico. La férula resultante se cose alrededor de la tráquea del niño, sosteniéndola hasta que se fortalece.

Los resultados son asombrosos. La primera operación usando la férula se realizó en febrero 2012 en un niño pequeño cuya única alternativa era asfixia. Tan pronto se instaló la férula, la respiración normal retornó. El lactante fue retirado del ventilador tras 21 días y pudo volver a casa, sin signos de problemas respiratorios. Considerando que la TBM afecta a 1 de cada 2.200 lactantes nacidos en EE. UU., el número de vidas salvadas será enorme.

De cara al futuro, podemos esperar ver este tipo de soluciones basadas en modelado e impresión 3D para crear stents y férulas biorresorbables que aborden diversas condiciones, ofreciendo a miles de pacientes nueva esperanza.