La aplicación de la impresión 3D en la salud visual

 La impresión en 3D está adquiriendo cada vez más importancia en la medicina y ahora también en la oftalmología. Un ejemplo son las gafas impresas en 3D, que pueden adaptarse perfectamente a las necesidades y gustos de los pacientes. La fabricación aditiva abre nuevas posibilidades que mejoran tanto la precisión como la personalización de los tratamientos. Según Research And Markets, el mercado de dispositivos médicos impresos en 3D crecerá hasta los 4.900 millones de dólares en 2026, con una tasa de crecimiento anual del 24,5%, lo que ilustra el rápido avance de la tecnología. Es por ello que esta semana, hemos decidido mostrar una visión única de las diversas aplicaciones de la impresión 3D en la especialidad de oftalmología.

La impresión 3D es un proceso de fabricación aditiva, en el que se depositan diversos materiales como plástico y metal entre otros, capa por capa, para producir un objeto 3D. Para realizar este proceso, es necesario contar con un software de diseño digital asistido por computador que se envía a una impresora 3D, para producir el objeto físico deseado con la posibilidad de recrear estructuras complejas

Dentro de las posibilidades de implementación de la impresión 3D en el campo de la optometría, se cuentan el diseño y la fabricación de lentes de contacto prótesis oculares y monturas.

Una prótesis ocular realista impresa en 3D

En noviembre de 2021 se hizo historia para la oftalmología y la impresión en 3D cuando el Moorfields Eye Hospital anunció que el primer paciente británico había sido equipado con un ojo impreso en 3D. La prótesis ocular, realizada gracias a la colaboración entre el hospital, el NHS e investigadores de la UCL, con Fraunhofer y Ocupeye como responsables del software, se consideró una verdadera biomímica y una prótesis más realista, con una pupila más profunda y una definición más clara. Steve Verze la utilizó para sustituir a su prótesis habitual y señaló que le resultaba fantástica, ya que se había fabricado a partir de escaneados digitales de su otro ojo y era casi idéntica. Un logro increíble.

Steve Verze con su nueva prótesis ocular impresa en 3D (créditos: Moorfields Eye Hospital)

Prótesis oculares impresas en 3D por Fraunhofer y OCUPEYE

Investigadores del Instituto Fraunhofer de Investigación en Informática Gráfica IGD, en colaboración con OCUPEYE Ltd, han desarrollado un método basado en inteligencia artificial para imprimir ojos artificiales en 3D. Se espera que esta técnica innovadora satisfaga la demanda de ojos artificiales, ya que requiere un 80% menos de tiempo y puede producir una prótesis completa en sólo 90 minutos, lo que reduce cinco veces la carga de trabajo de los oculistas. Las prótesis impresas en 3D se modelan a partir de un escáner del ojo en funcionamiento para que encajen perfectamente en la cuenca del ojo del paciente y tengan un aspecto realista. Los datos obtenidos se introducen en un modelo de inteligencia artificial que crea el diseño. La impresión se realiza con la impresora multimaterial J750 Polyjet y los materiales VeroVivid. Con una resolución de 18.000 millones de gotas por centímetro cúbico, la impresora permite implantes oculares precisos que se ajustan de forma realista y estética al ojo. En el futuro, el equipo tiene previsto seguir mejorando el método para reducir los costes de producción.

VisioPrinTech ofrece córneas personalizadas impresas en 3D

No es ningún secreto que los problemas de salud aumentan con la edad. Estos no solo afectan a las articulaciones, los huesos y la circulación, sino también a la visión. Un problema muy conocido es la deformación de la córnea, que provoca enfermedades en esta parte del ojo y limitan la visión. Normalmente, estas enfermedades pueden tratarse quirúrgicamente mediante la donación de córneas, sin embargo, las donaciones son escasas y existe un alto riesgo de rechazo. Por este motivo, el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) ha estado trabajando con Carl Zeiss Meditec AG y Evonik Healthcare en una solución innovadora para mejorar el tratamiento de las enfermedades de la córnea mediante impresión 3D. El método VisioPrinTech que han desarrollado se basa en el uso de una biotinta -compuesta por células madre del paciente y fibras de colágeno modificadas químicamente- que se imprime durante una operación mediante impresión 3D basada en láser. Este método no solo evita el reto de encontrar donantes y el posible rechazo, sino que también ofrece mayor precisión y funcionalidad. La córnea impresa en 3D ayuda a recuperar la visión de los pacientes.

Ojos artificiales gracias a la impresión 3D y el trabajo manual

Nicholas Puls, oftalmólogo del Royal Brisbane and Women’s Hospital de Australia, fabrica ojos artificiales para pacientes que han perdido la vista a causa de un cáncer o una lesión. Esta producción lleva mucho tiempo, sobre todo porque el hospital tiene que suministrar prótesis oculares a unos 100 pacientes al año. El Instituto de Biofabricación Herston ha investigado ahora cómo la impresión 3D podría mejorar esta producción realizando estudios de evaluación con pacientes. El objetivo era evaluar en qué se diferenciaba el aspecto de los ojos impresos en 3D de los hechos manualmente. Para ello, el instituto utilizó escáneres 3D y fotografías de alta resolución. Al reflejar una foto del ojo sano, se puede replicar, lo que supone un ahorro de tiempo. No obstante, la tecnología 3D no supone una competencia para las prótesis hechas a mano, ya que ambos procesos pueden combinarse en el futuro.

Bioimpresión en 3D del tejido ocular

Científicos del Instituto Nacional del Ojo (NEI) de EE.UU. han utilizado células madre de pacientes y bioimpresión 3D para producir tejido ocular con el fin de comprender mejor los mecanismos de las enfermedades que conducen a la ceguera. El equipo de investigadores imprimió una combinación de células que forman la barrera hemato-retiniana externa del ojo, que sostiene los fotorreceptores retinianos sensibles a la luz. La técnica ofrece la posibilidad de utilizar tejido derivado de pacientes para estudiar enfermedades degenerativas de la retina, como la degeneración macular asociada a la edad (DMAE).

Hasta la fecha, los mecanismos de aparición y progresión de la DMAE a fases avanzadas siguen siendo poco conocidos debido a la falta de modelos humanos fisiológicamente relevantes. Los análisis del tejido impreso en 3D y las pruebas genéticas y funcionales demostraron que el tejido impreso parecía y se comportaba de forma similar a la barrera hemato-retiniana externa humana. El estudio continúa, y se pretende comprender mejor el origen de estas enfermedades y ensayar específicamente terapias preventivas.

Crecimiento de vasos sanguíneos en tejido ocular impreso en 3D. En el séptimo día, los vasos sanguíneos llenan el espacio entre las filas, formando una red de capilares (créditos: Kapil Bharti, Doctor, NEI)