De una feria de comercio a cirug¨ªas avanzadas: el proyecto de investigaci¨®n pionero de impresi¨®n 3D en medicina

En 1990, Fried Vancraen acudi¨® a una feria de comercio alemana, donde lo cautiv¨® la presentaci¨®n de una impresora 3D. Lo impresion¨® tanto que se llev¨® una para su nueva empresa, Materialise. Dos a?os m¨¢s tarde, con la ayuda de financiaci¨®n europea, emprendi¨® un viaje con su empresa emergente que cambiar¨ªa el mundo de la medicina, y tambi¨¦n de la impresi¨®n 3D, para siempre.

Vancraen y Materialise fueron pioneros en el uso de la impresi¨®n 3D con fines m¨¦dicos, con socios procedentes de Alemania y Reino Unido. Por primera vez, empezaron a producir modelos precisos y tangibles de huesos y ¨®rganos humanos que se basaban en im¨¢genes m¨¦dicas, lo que ayud¨® inmensamente a los cirujanos que planeaban intervenciones complejas. ¡°Ya por ese entonces est¨¢bamos convencidos de que las impresoras 3D cambiar¨ªan el mundo de la medicina¡±, comenta.

Despu¨¦s de que Materialise pasara de ser una empresa derivada de la investigaci¨®n universitaria a una multinacional, Vancraen dej¨® su cargo ejecutivo en 2024 para presidirla. Aun as¨ª, todav¨ªa recuerda claramente la emoci¨®n de embarcarse en una nueva aventura para probar sus ideas hace ya m¨¢s de treinta a?os.

Lo que les ayud¨® a iniciarse en este camino fue una subvenci¨®n europea para su proyecto de investigaci¨®n PHIDIAS. Dur¨® tres a?os, hasta finales de 1995, y se centr¨® en la producci¨®n de modelos m¨¦dicos precisos basados en im¨¢genes m¨¦dicas mejoradas, sobre todo, de tomograf¨ªa computarizada (TAC).

¡°?Por supuesto que me acuerdo!¡±, exclama Vancraen cuando se le pregunta. ¡°Yo fui el director del proyecto, redact¨¦ la propuesta (de financiaci¨®n) y junt¨¦ a todos los socios¡±.

Incluyeron a la sociedad Imperial Chemical Industries de Reino Unido, cuya rama farmac¨¦utica pas¨® a ser una empresa independiente, Zeneca, en 1993, as¨ª como a Siemens, el gigante industrial de Alemania, que se encarg¨® de fabricar los dispositivos de imagen m¨¦dica, y a la Universidad de Lovaina, en B¨¦lgica.

Materialise empez¨® como una rama de la Universidad de Lovaina y ahora cuenta con alrededor de dos mil trabajadores. Adem¨¢s, cotiza en la bolsa del Nasdaq en Nueva York. A su vez, la impresi¨®n 3D se ha convertido en un pilar fundamental de la atenci¨®n quir¨²rgica. Las impresoras 3D a menudo se utilizan para crear implantes, pr¨®tesis y modelos del cuerpo del paciente con los que los cirujanos pueden practicar.

No obstante, cuando se cre¨® Materialise, esta tecnolog¨ªa acababa de nacer y hab¨ªa dudas sobre lo ¨²til que podr¨ªa resultar ser y sobre si los m¨¦dicos podr¨ªan usarla para tratar a pacientes reales. El trabajo de verdad empez¨® el 1 de enero de 1993, menos de tres a?os despu¨¦s de la creaci¨®n de la empresa. ¡°Fueron nuestros a?os de empresa emergente¡±, cuenta Vancraen. ¡°?ramos un equipo de unas veinte personas¡±.

De lonchas de jam¨®n a la exploraci¨®n en espiral

Para el equipo de Vancraen, la prioridad resid¨ªa en mejorar la imagen m¨¦dica. ¡°Hacer un TAC entonces era como cortar lonchas de jam¨®n¡±, recuerda Vancraen. ¡°Para hacer el esc¨¢ner, la m¨¢quina tomaba una imagen de una capa del cuerpo del paciente y, entonces, se mov¨ªa unos cent¨ªmetros para escanear otra, como si cortara lonchas de jam¨®n¡±.

¡°Si el paciente se mov¨ªa, aunque fuera m¨ªnimamente, la imagen ya iba a presentar problemas¡±, dice Vancraen refiri¨¦ndose a los llamados artefactos, patrones o distorsiones accidentales en las im¨¢genes. La impresi¨®n 3D necesita im¨¢genes precisas del cuerpo del paciente. Si, por ejemplo, se pretende imprimir en 3D un implante que debe encajar perfectamente, se necesita una imagen exacta del cuerpo de la persona. Los artefactos en el esc¨¢ner acabar¨ªan trayendo problemas m¨¦dicos y molestias en los pacientes.

Por ello, el equipo de Materialise cambi¨® el m¨¦todo de lonchas de jam¨®n por la exploraci¨®n en espiral del TAC. ¡°Conseguimos escanear al paciente en un ¨²nico movimiento¡±, indica Vancraen. ¡±El TAC se mov¨ªa en espiral alrededor del paciente¡±.

Se super¨® otro obst¨¢culo cuando Zeneca, que m¨¢s tarde se fusionar¨ªa con la empresa farmac¨¦utica sueca Astra para crear AstraZeneca, desarroll¨® un pol¨ªmero compatible con el cuerpo humano imprimible en 3D. As¨ª se pudieron reemplazar los pol¨ªmeros m¨¢s antiguos, los cuales sol¨ªan ser t¨®xicos para las personas y no pod¨ªan usarse en implantes.

Mejor caminar antes de correr

Materialise llev¨® su tecnolog¨ªa al Hospital Universitario de Lovaina, en su ciudad natal, ya que quer¨ªan ampliar su pionera t¨¦cnica. Ah¨ª fue donde comprobaron si la impresi¨®n 3D podr¨ªa realmente beneficiar a los cirujanos y trabajaron con aproximadamente treinta profesionales de la cirug¨ªa de B¨¦lgica, Francia, Alemania y Estados Unidos.

¡°Hicimos nuestro primer estudio cl¨ªnico real sobre impresi¨®n 3D en el sistema sanitario¡±, cuenta Vancraen. Concretamente, ayudaron a los cirujanos a prepararse para intervenciones complejas. Su equipo hizo uso de la estereolitograf¨ªa l¨¢ser, una t¨¦cnica que imprime modelos intrincados y exactos por capas. Funciona con un l¨¢ser ultravioleta sobre una resina de mol¨¦culas grandes sensibles a la luz de este tipo y con la ayuda de software de dise?o asistido por ordenador.

Crearon modelos imprimibles en 3D de ¨®rganos y partes del cuerpo con los que los cirujanos pudieran trabajar gracias a sus nuevos esc¨¢neres, los cuales eran capaces de ofrecer mejores im¨¢genes m¨¦dicas. De este modo, los cirujanos se podr¨ªan preparar para lo que pudieran encontrarse dentro del cuerpo del paciente y ajustar su manera de trabajar.

¡°En muchos casos pudimos reducir el n¨²mero de operaciones a las que tuvo que someterse el paciente¡±, comenta Vancraen. ¡°Hubo una persona que ten¨ªa tres operaciones previstas y, gracias a nuestra tecnolog¨ªa, el cirujano pudo planearlas mejor y finalizar el procedimiento en una ¨²nica intervenci¨®n, lo que redujo enormemente el impacto sobre su cuerpo¡±.

PHIDIAS fue el equipo que sent¨® las bases para futuros avances en la impresi¨®n 3D en medicina al combinar una mejora tanto en el esc¨¢ner como en la impresi¨®n. ¡°Ten¨ªamos que aprender a caminar antes de aprender a correr?, dice Vancraen. ¡°Con PHIDIAS, aprendimos a andar¡±.

Trampol¨ªn hacia el futuro

Uno de los investigadores de Materialise que ahora puede correr es Roel Wirix-Speetjens, director de investigaci¨®n m¨¦dica. Se encarga de desarrollar nuevas soluciones basadas en el trabajo de los investigadores de PHIDIAS.

¡°PHIDIAS cre¨® nuestra divisi¨®n m¨¦dica¡±, afirma. ¡°Desde entonces, hemos suministrado, por ejemplo, m¨¢s de 400 000 instrumentos personalizados para la rodilla, algo de lo que estoy muy orgulloso¡±, explica, refiri¨¦ndose a las piezas de ayuda que permiten que los cirujanos trabajen de manera m¨¢s precisa.

En un proyecto, Materialise consigui¨® crear un modelo 3D detallado de los pulmones de un paciente, el cual contaba con el ¨¢rbol bronquial, los l¨®bulos y las secciones de cada pulm¨®n. Este modelo ayuda a los cirujanos que tienen que eliminar el c¨¢ncer de pulm¨®n, ya que les permite determinar d¨®nde se encuentra exactamente el tumor.

¡°De esta manera, extraen menos tejido pulmonar sano¡±, comenta Wirix-Speetjens. ¡°Todo ello hace que la recuperaci¨®n del paciente sea mucho menos complicada¡±. No obstante, tambi¨¦n siguen desarrollando nuevas tecnolog¨ªas de impresi¨®n 3D. Materialise ha dise?ado diferentes formas de mejorar la cirug¨ªa facial, entre otros ¨¢mbitos.

Antes, si un paciente padec¨ªa, por ejemplo, una lesi¨®n que le hab¨ªa deformado la cara, los cirujanos ten¨ªan que hacer uso de implantes est¨¢ndares para reemplazar el hueso y el tejido da?ados y doblar manualmente esos implantes durante la cirug¨ªa para hacer que encajaran con el resto de la estructura facial.

¡°Hoy en d¨ªa, imprimimos en 3D implantes personalizados para cada paciente¡±, informa Wirix-Speetjens. ¡°Escaneamos las caras con nuestras impresoras 3D para crear implantes intricados y que los cirujanos puedan reconstruir la estructura facial del paciente¡±. Este tratamiento puede ahora adaptarse a las necesidades de cada persona. PHIDIAS fue un paso clave para hacerlo posible y todav¨ªa ofrece incre¨ªbles oportunidades para el futuro.

¡°Nos hemos dedicado solo a esta actividad durante m¨¢s de 34 a?os?, indica Vancraen. ¡°No s¨¦ d¨®nde acabaremos¡±.

La investigaci¨®n descrita en este art¨ªculo ha sido financiada por el Programa Marco de la UE. Las opiniones de los entrevistados no reflejan necesariamente la de la Comisi¨®n Europea.

Art¨ªculo publicado originalmente en Horizon, la revista de investigaci¨®n e innovaci¨®n de la Uni¨®n Europea.