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Introducción
La impresión en tres dimensiones (3D), también conocida como manufactura aditiva, es una tecnología que permite construir modelos físicos diseñados por computadora, un hecho que hasta hace unos años parecía imposible.1
Esta tecnología fue introducida por Charles W. Hull al campo industrial desde los años ochenta, pero en la última década sus costos se han reducido, en gran parte gracias al vencimiento de múltiples patentes, y por tanto se ha vuelto accesible para la población general.2,3
La impresión 3D consiste en la conversión de diseños digitales a modelos físicos mediante la adición de capas sucesivas de material hasta obtener el objeto deseado,2,4 por lo que uno de sus principales atractivos es la capacidad de producir objetos personalizados en periodos cortos de tiempo y que se adaptan a las necesidades de cada persona. La impresión de este tipo ha impactado en múltiples especialidades médicas como cirugía vascular, ortopedia y, recientemente, cirugía plástica debido a que los modelos fabricados se ajustan a las características anatómicas de los pacientes y a las necesidades de los cirujanos.2
Teniendo en cuenta lo anterior, el objetivo del presente artículo es describir los usos de la impresión 3D en cirugía plástica reconstructiva a partir de una breve revisión de la literatura.
¿Qué es la impresión 3D?
Como se mencionó antes, la impresión 3D consiste en generar objetos físicos creados en una computadora a partir de la aplicación sucesiva de capas de algún material. En esta tecnología se utilizan diversos métodos y materiales, cada uno con indicaciones específicas dependiendo de la resolución y la calidad del objeto que se desee obtener. Los modos de impresión más utilizados en el campo médico son los siguientes:
Estereolitografía: emplea una fuente de luz para solidificar capas sucesivas de polímeros líquidos. Fue la primera forma de impresión 3D utilizada en la historia.5Sinterizado selectivo por láser: fusiona capas de material en polvo mediante un láser. Se emplea para crear objetos metálicos, plásticos y cerámicos.5Modelado por deposición fundida (MDF): funciona de forma análoga a las impresoras de tinta y utiliza energía térmica generada por un cabezal para depositar pequeñas gotas de plástico sobre una superficie. El tamaño de la gota y la resolución dependen de la temperatura aplicada y la viscosidad de la tinta. Las impresoras FDM son particularmente útiles en la ingeniería de tejidos y en medicina regenerativa.5Bioimpresión: emplea máquinas especializadas para aplicar capas de biotinta con el objetivo de crear estructuras similares al tejido vivo.6
Aplicaciones de la impresión 3D en cirugía plástica
Las potenciales aplicaciones de la impresión 3D en el campo de la cirugía plástica son amplias y van desde la oportunidad de generar nuevas experiencias educativas para los especialistas en entrenamiento, hasta la reproducción fidedigna de la anatomía de los pacientes y la oportunidad de que los cirujanos planifiquen y practiquen procedimientos.1,2,6
Aplicaciones preoperatorias
En la actualidad, los estudios de imagen con reconstrucción tridimensional son ampliamente utilizados en distintas disciplinas quirúrgicas y se han convertido en herramientas indispensables para la planificación preoperatoria. Además, la impresión 3D permite exportar estos estudios a una computadora para generar una representación tangible de las estructuras anatómicas del paciente.7
Una de las primeras áreas en implementar esta tecnología fue la cirugía craneofacial,8 ya que con la ayuda de modelos impresos en 3D es posible determinar las dimensiones, posiciones y angulaciones de distintas estructuras de una forma precisa, lo que permite planificar procedimientos complejos o reconstrucciones en pacientes con padecimientos poco comunes como fisuras faciales, craneosinostosis sindrómicas y otras malformaciones congénitas.9
Otra ventaja de la impresión 3D es la capacidad de simular procedimientos sobre los modelos que permite elaborar, lo que potencialmente reduce la incidencia de complicaciones, mejora los desenlaces y permite reducir los tiempos quirúrgicos debido a que los especialistas pueden practicar lo que deben hacer durante la cirugía.8,10,11 La Figura 1 muestra un modelo de mandíbula construido por medio de impresión 3D que corresponde a un paciente en quien se realizó distracción mandibular; este modelo permitió ajustar el distractor antes de su colocación.
Aplicaciones transoperatorias
La utilidad de la impresión 3D va más allá de la planificación preoperatoria, ya que se trata de una herramienta que brinda la posibilidad de crear objetos que guíen, y por tanto faciliten y agilicen, la realización de un acto quirúrgico. Un claro ejemplo de lo anterior es la creación de modelos que sirven de guías de oclusión para cirugía ortognática y de guías de corte en reconstrucción mandibular, así como de placas preformadas que son de gran utilidad en la reconstrucción de la órbita ocular.12,13 Las malformaciones craneofaciales y las fracturas orbitarias, por su compleja anatomía, son un verdadero reto para que el cirujano logre su adecuada reconstrucción; sin embargo, mediante la creación de implantes 3D de titanio que se ajustan fielmente a la morfología del defecto, esta limitante ha disminuido. La importancia de dicho avance radica en que al usar implantes personalizados hechos con base en estudios de imagen específicos de cada paciente se logran optimizar los resultados durante el transoperatorio.12
En la Figura 2 se observa la secuencia pre y transoperatoria de un paciente con defecto craneal, en quien utilizando un modelo impreso en 3D fue posible planificar el procedimiento correctivo y se obtuvieron excelentes resultados.
Fuente: Documento obtenido durante la realización del estudio.
Figura 2 Secuencia pre y transoperatoria de un paciente con un defecto craneal en cuyo procedimiento se utilizó un modelo impreso en 3D.
Las placas para osteosíntesis mandibular que se utilizan en cirugía ortognática tienen tamaños y formas estándar, por lo que el cirujano debe disponer de un tiempo para curvarlas y moldearlas y así ajustarlas al hueso del paciente; no obstante, en la actualidad se puede hacer una reconstrucción mandibular mediante impresión 3D en la que se crean guías de corte para realizar osteotomías antes del procedimiento, lo que acorta su duración.13
Prótesis
La tecnología de impresión 3D permite diseñar y construir dispositivos personalizados a partir de datos tomográficos o de resonancias magnéticas, por lo cual es de gran utilidad para crear prótesis que se adapten totalmente a la anatomía del paciente.4 Estas prótesis no solo son útiles para reemplazar extremidades, sino que también tienen una gran relevancia en la cirugía estética.
En la última década se han desarrollado prótesis de tejidos blandos de alta calidad de nariz, orejas, ojos, rostro y mano mediante impresión 3D, de tal forma que se proporciona a los pacientes una mejor estética y una sensación más real en comparación con las prótesis tradicionales.10 Un claro ejemplo de esto es el caso de Eric Monger, un paciente que perdió gran parte del hemirostro izquierdo por un tumor invasor de piel de tipo epidermoide, y a quien mediante impresión 3D se le pudo crear una prótesis para reconstruir esa porción de su rostro; la elaboración del modelo se hizo con base en una serie de estudios de imagen, fotografías y análisis computarizados del lado contralateral de su cara que se encontraba sano.14
Otro ejemplo de la utilización de implantes personalizados mediante impresión 3D es el caso reportado por Chacón-Moya et al.,15 en donde utilizando un material llamado PEEK (poli-éter-éter-cetona) se logró crear un implante de hueso frontal para reconstruir la bóveda craneana de una paciente de 63 años a quien se le había realizado una resección del hueso frontal por infiltración de un estesioneuroblastoma. Este material aloplástico rígido le brinda al encéfalo una protección contra traumatismos y tiene la ventaja de que si es necesario retirar el implante para algún procedimiento, se puede esterilizar y reutilizar en el paciente, además el resultado estético con PEEK es muy natural.15
En la actualidad, distintas empresas están desarrollando mediante impresión 3D prótesis de extremidades superiores e inferiores de excelente calidad, más ligeras y mucho menos costosas que las prótesis tradicionales; estos modelos son una excelente opción, sobre todo en pacientes pediátricos ya que por su crecimiento acelerado superan rápidamente el tamaño de la prótesis y deben cambiarlas constantemente.14 En síntesis, las características de la impresión 3D permiten que esta tecnología se utilice para crear férulas de alta calidad totalmente personalizables.
Enseñanza
Por su fidelidad, los modelos impresos en 3D pueden ayudar a comprender mejor la anatomía humana, lo que resulta muy útil para los médicos en formación ya que es más fácil aprender y entender las estructuras y los tejidos humanos analizando impresiones de este tipo que simplemente viendo ilustraciones o imágenes en 2D (1). Estos modelos logran ser tan específicos que se pueden utilizar en la enseñanza de residentes de cirugía para que se entrenen en la realización de un procedimiento en particular e incluso para educar y explicar a los pacientes sobre su padecimiento.2.
Dentro de la cirugía reconstructiva se ha utilizado la impresión 3D para reproducir modelos de malformaciones de labio y paladar con el objetivo de que los residentes de cirugía plástica y reconstructiva tengan una mejor noción de estas alteraciones7 y para que sobre estos puedan entrenarse para realizar queiloplastias de tal manera que entiendan cuál es el mejor abordaje y puedan evaluar cómo sería el resultado estético después de la intervención.16
Asimismo, los modelos de impresión 3D son un gran aporte en la enseñanza en términos bioéticos, ya que permiten practicar procedimientos en un molde fiel de un paciente en lugar de un cadáver o animal.17
Impresión 3D e instrumental quirúrgico
Otra innovación de la impresión 3D que tiene múltiples áreas de aplicación es el diseño e impresión de instrumental quirúrgico, el cual puede modificarse y adaptarse en función de las exigencias del procedimiento para el cual fue creado. Además, debido a su economía y facilidad, existe la posibilidad de instalar impresoras 3D en lugares donde el acceso al equipo quirúrgico es muy difícil, tales como hospitales en zonas de combate, vehículos espaciales, e incluso países con bajos recursos en materia de salud.18
Visión a futuro
La impresión 3D tiene mucho potencial en la medicina, ya que se puede utilizar en diversas áreas debido a que permite crear desde andamios y modelos de tejidos simples, hasta estructuras muy complejas. La investigación a futuro contempla la posibilidad de imprimir directamente agregados celulares sobre hidrogeles con materiales sensibles a estímulos del organismo para crear bioinjertos fisiológicamente adaptados.19
Esta tecnología también ha permitido crear y personalizar digitalmente implantes auriculares y nasales6 a partir de andamios microporosos impregnados con factores de crecimiento de cartílago; además, mediante análisis histológico in vivo se ha demostrado un crecimiento cartilaginoso de aspecto nativo que respeta los límites de estos andamios creados mediante impresión 3D.6,20
Actualmente se investiga la posibilidad de utilizar impresión de sustitutos de piel llamados biotinta directamente sobre áreas de quemaduras con resultados muy favorables,21 al tiempo que se trabaja en la creación de micro guías nerviosas a partir de polímeros fotocurables para ayudar a la reparación de lesiones del nervio periférico; en un futuro, este enfoque podría tener ventajas para la producción de dispositivos clínicamente relevantes dentro de la medicina regenerativa.22
Evidentemente, las aplicaciones médicas de la impresión 3D han progresado rápidamente en los últimos años; sin embargo, una limitante sigue siendo el costo que puede llegar a tener, por lo que se espera que con el tiempo y el aumento de su uso en el área de la salud los gastos que implica disminuyan y sea más accesible, incluso para los países con bajos recursos económicos.23
Antes de terminar, es importante mencionar que el desarrollo de la tecnología avanza exponencialmente y ha rebasado por completo la creación de lineamientos y leyes que permitan su aplicación en la medicina; la impresión 3D no es la excepción a esto, por lo que lograr que las distintas agencias que regulan la normativa relacionada con el ámbito médico validen ampliamente su utilización es un reto. Sin embargo, con la creación de protocolos de investigación y la mejora continua de materiales y biomateriales esta situación dejará de ser un inconveniente en un futuro próximo.
Conclusiones
Como se ha visto a través de la historia, la ciencia médica va de la mano con el desarrollo científico y tecnológico. Por lo tanto, a medida que van surgiendo estos avances es posible desarrollar técnicas que mejoren la forma en que se practica la medicina, ya sea con la creación de métodos diagnósticos enfocados cada vez más a niveles moleculares, o con el diseño de materiales y dispositivos que permitan trabajar a un nivel macroscópico y tangible.
La impresión 3D pertenece a este nuevo capítulo de la era industrial y tecnológica y tiene un elevado potencial de ser utilizada en una amplia gama de áreas en la medicina. Como se ha explicado a lo largo del presente documento, la aplicación de esta tecnología en cirugía plástica y reconstructiva va mucho más allá de la creación de estructuras aplicables al paciente en las distintas etapas de su valoración y tratamiento, ya que también se ha convertido en una herramienta muy útil en la enseñanza. Además, esta es una tecnología revolucionaria que, si bien no está regulada al cien por ciento, resulta ser accesible y económicamente sustentable, características a las que se atribuye el creciente interés de los investigadores y el gran avance que se ha logrado en la generación de nuevos materiales y técnicas de impresión y en la aplicación en el área médica.
La tecnología de impresión 3D llegó para solucionar muchas de las necesidades que los cirujanos tuvieron que afrontar durante muchos años, por lo que se espera que en un futuro cercano el inconveniente que supone la regulación para su uso en la práctica médica quede atrás.
