En Estados Unidos, la Agencia Reguladora de Alimentos y Fármacos (FDA) aprobó, hace 18 meses, la producción del primer medicamento obtenido a través de esta técnica, para el tratamiento de la epilepsia.

El uso y desarrollo de esa tecnología llegó al Departamento de Ciencias Farmacéuticas de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Nacional de Córdoba. Allí está instalada una impresora que permite producir fármacos en tres dimensiones, es decir, de forma y aspecto real (objeto físico y tangible), que previamente son diseñados digitalmente en una computadora.

El aparato es altamente innovador desde el punto de vista tecnológico, ya que se pueden diseñar formas y combinar materiales libremente, imprimir en tiempo real, y comprobar el efecto de la droga en el medio.

“La geometría de un medicamento y el modo en que son combinados (estratificados) sus materiales son dos factores que influyen directamente en la liberación del principio activo”, explica Santiago Palma, doctor en Ciencias Químicas e integrante del grupo de científicos que lleva a delante el proyecto. De esta manera, por ejemplo, es posible controlar el lugar preciso y el momento exacto en el que deseamos que el fármaco comience a liberarse en el organismo.

Para imprimir, se utilizan dos materiales biocompatibles (lípidos o grasas y polímeros hidrosolubles), de uso extendido en la industria farmacéutica. En el material “se mezcla” el principio activo (fármaco), responsable del efecto terapéutico, que luego queda “retenido” dentro del medicamento impreso.

Tradicionalmente, los medicamentos se obtienen mediante la fusión de los materiales y su posterior solidificación. Se trata de una técnica muy utilizada para la producción de diversas formas farmacéuticas (como, por ejemplo, supositorios), pero que presenta la desventaja de requerir de un molde, lo que limita la producción a una sola forma predeterminada. En cambio, la impresión 3D, al no usar molde, permite obtener cualquier forma deseada. “Experimentamos con algunos activos y realizamos diversas pruebas de liberación con excelentes resultados”, señala Palma, y precisa que, actualmente, el proyecto se encuentra en etapa de realización de ensayos.

La impresora 3D fue diseñada y fabricada por una pyme nacional (Life Soluciones Integrales), a solicitud de un grupo de investigadores de la UNC, especializados en el campo de la innovación farmacéutica. Funciona con dos programas informáticos específicos, que también fueron creados por la empresa.

Hasta el momento, los científicos consiguieron imprimir medicamentos en volumen con materiales compatibles y procesos comúnmente utilizados en la industria farmacéutica, lo cual –aseguran– representa un “verdadero salto tecnológico”. El desafío ahora es incrementar la velocidad de producción.

Además del aporte en términos de innovación tecnológica, la impresora podría tener gran impacto en el ámbito sanitario para pacientes que necesitan un ajuste de dosis personalizada según sus necesidades.

“La industria farmacéutica busca la producción masiva y necesita homogeneizar. Le conviene que todos consumamos 500 miligramos de medicamento cada ocho horas, es decir, una dosis y frecuencia fijas. Pero la realidad es que no todos necesitamos la misma dosis, y muchas veces estamos infra o sobremedicados”, asegura Palma.

Actualmente, la producción personalizada de medicamentos se resuelve de manera casi “artesanal” en las farmacias u hospitales, donde, bajo prescripción médica, se ajusta la dosis de los fármacos convencionales a la requerida para el paciente, adaptándola en cápsulas comunes (por ejemplo, en el caso de las enfermedades poco frecuentes y en pediatría). En ese sentido, la impresión 3D podría resultar una herramienta útil para producir, en tiempo real, medicamentos a la medida de cada paciente.

El actual proyecto en el que trabajan los investigadores aporta a un área clave de desarrollo científico-tecnológico nacional. En efecto, la impresión 3D forma parte de las llamadas tecnologías emergentes y es considerada como tema estratégico en el marco del Plan Argentina Innovadora 2020, dependiente del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva, que establece los lineamientos para los próximos años en el país en materia de ciencia, tecnología e innovación.

Permite combinar formas y la estratificación de los materiales, controlando así el momento y el lugar de liberación del fármaco.

Las dosis de los medicamentos se pueden adecuar a las necesidades de cada paciente.

Utiliza una técnica de uso extendido en la industria farmacéutica (fusión y solidificación), pero con la ventaja de no requerir de un molde que limite la producción a una única forma.

Emplea dos materiales no tóxicos. Lípido o grasa (Gelucire), que se degrada lentamente, y polímero o material plástico (Poloxamer), de administración segura en humanos y de rápida liberación en medios acuosos (hidrofílico).

¿Cómo hacer para que un fármaco haga exactamente lo que queremos? ¿Puede ser “programado” para que se disuelva en determinado órgano del cuerpo y no en otro, o para que se libere recién cinco horas después de haberlo tomado? La tecnología con la que cuenta la UNC permite hacer cosas como esas, a partir del diseño de medicamentos innovadores.

La impresora 3D que funciona en la Facultad de Ciencias Químicas de la UNC es capaz de producir “medicamentos sofisticados o innovadores”, que permiten modificar la liberación del principio activo, tanto espacial como temporalmente. Por ejemplo, retardando el momento en que la droga comienza a actuar en el organismo. “Se podría administrar un medicamento, y hacer que éste quede latente en el cuerpo para que sea liberado recién cinco horas después de que lo tomaste”, explica Santiago Palma, del grupo de investigadores de la UNC especializados en innovación farmacológica. Su uso resulta útil, especialmente para el tratamiento de dolencias crónicas y también del asma, ya que las crisis asmáticas o picos frecuentemente suceden en horas de la madrugada.

Esta tecnología también hace posible modificar el lugar de liberación del fármaco, es decir, determinar en qué órgano es necesario que se disuelva. Por ejemplo, reteniendo el fármaco en el estómago, sin que pase directamente al intestino. Ello se logra a través de la flotación: se diseña el medicamento que contenga una cámara de aire en su interior (cavidad vacía), mientras que el principio activo queda contenido en su cara o parte externa.
enero 16/2018 (noticiasdelaciencia.com)

La impresión 3D en los hospitales deja de ser una anécdota y empieza a exigir protocolos para atender a más demanda.

Para el ginecólogo brasileño Heron Werner, mostrar la ecografía del feto a una de sus pacientes no era una opción. La mujer, ciega al igual que su marido, nunca podría ver esas primeras imágenes de su hijo. Sin embargo, gracias a la impresión tridimensional (3D) y a las tecnologías de imagen asociadas, estos padres pudieron «tocar» la ecografía del pequeño. Ese modelo del feto impreso en 3D a partir de imágenes ecográficas es un mínimo ejemplo del potencial de esta tecnología en el ámbito sanitario, donde, de momento, las experiencias son puntuales, si bien en algunos centros se empiezan a protocolizar. Arnau Valls, del Departamento de Innovación del Hospital San Juan de Dios, en Barcelona, uno de los primeros en emplear impresión en 3D, enumera las aplicaciones: modelización de réplicas de órganos afectados del paciente, lo que permite al cirujano planificar la operación para poder «operar antes de operar», por ejemplo, en casos oncológicos complejos; desarrollo de guías para la cirugía, muy útiles en las reconstrucciones craneofaciales, y obtención de prótesis y ortesis a medida del paciente. «Ahora queremos protocolizar toda esa demanda, como ya hacemos con los casos de la cirugía maxilofacial».

Esta especialidad es, actualmente, el máximo exponente, «llegando a ser ya de uso habitual en cirugía reconstructiva cráneo-maxilofacial, así como en cirugía de las deformidades faciales congénitas, adquiridas y las secuelas postraumáticas», señala Julio Acero, jefe de la especialidad en los hospitales Ramón y Cajal y Puerta de Hierro, ambos en Madrid. El cirujano, pionero en su desarrollo y aplicación, subraya que se realiza, de forma sistemática, planificación virtual de las resecciones de huesos de la región cráneo-maxilofacial y en la reconstrucción de los defectos a través de la impresión 3D en modelos y guías quirúrgicas para transferir al quirófano lo planificado en el ordenador. Estas técnicas permiten asimismo producir placas de fijación e implantes personalizados, siendo muy útiles además para la docencia». En cuanto a los retos futuros y dificultades, el también presidente de la Sociedad Mundial de Cirugía Maxilofacial, indica que se trabaja, de forma extensa, en el campo de la regeneración tisular y de los biomateriales empleados. «El problema, en matrices tridimensionales a las que se añade el componente celular, es la vascularización de la estructura celular, cuyas soluciones pueden venir de la mano de la bioingeniería».

Coro Bescós, jefa de Cirugía Oral y Maxilofacial del Hospital Valle de Hebrón, en Barcelona, coincide en la gran relevancia alcanzada por la impresión 3D en este ámbito: «Se ha pasado de intervenciones menos precisas, manuales, a una exactitud milimétrica a nivel óseo, como ocurre ya con las guías que emplea la cirujana Montserrat Munill en las deformidades craneofaciales más complejas». También ha destacado que el proyecto de tecnología 3D de este hospital, coordinado por Jorge Pamias, ha permitido protocolizar esta técnica que tiene cabida prácticamente en todas las patologías del esqueleto facial. Además, en colaboración con el Instituto de Investigación Valle de Hebrón (VHIR) y el Cibbim-Nanomedicina, investigan en cómo imprimir matrices con base celular implantables.

‘Ayudas intraoperatorias’

En traumatología, estas «ayudas intraoperatorias», según cataloga a las técnicas 3D Javier Vaquero, jefe del Departamento de Cirugía Ortopédica y Traumatología (COT) del Hospital Gregorio Marañón, de Madrid, pueden tener «tantas aplicaciones como se puedan imaginar». Este equipo, uno de los primeros que dispuso de una impresora doméstica para el desarrollo y fabricación de modelos de planificación quirúrgica, incorpora este tipo de técnicas, de forma sistemática, para osteotomías de corte, en tumores óseos y fracturas, fundamentalmente de pelvis, aunque los proyectos de investigación futura también han empezado a adentrarse, por ejemplo, en la localización precisa del ligamento cruzado de rodilla», señala Vaquero. Dificultades, las ligadas al coste y al tiempo que transcurren hasta que se fabrican. Sin embargo, la aparición de las impresoras 3D domésticas ha permitido abaratar, de forma muy significativa, el coste de esta tecnología, recalcan Rubén Pérez Mañanes y José Antonio Calvo, del citado departamento. «Ha facilitado la obtención, de forma autónoma, de reproducciones realistas al mínimo coste, algo muy valioso para simular cirugías».

En el Marañón, en el Servicio de Cardiología Infantil, los modelos cardiacos infantiles 3D han clarificado la decisión terapéutica, ya que éstos se cateterizan para implantar válvulas en posición pulmonar vía percutánea. «Ofrece estrategias personalizadas para casos límite que habían sido derivados a cirugía y que han sido rescatados -siete niños en este caso- por el mismo especialista», señala José Luis Zunzunegui, jefe de la Unidad de Hemodinámica Infantil del citado centro, quien insiste en la relevancia de esta tecnología y en los avances reservados para nuevos procedimientos con el futuro desarrollo de endoprótesis o stent articulados».

Federico Gutiérrez Larraya, jefe de Cardiología Infantil del Hospital La Paz, de Madrid, reconoce que, en el caso de las malformaciones congénitas cardiacas del niño y del adulto, los modelos 3D son muy adecuados para «ensayo y entrenamiento previo de todos los equipos, puesto que los casos reales son muy variados y distintos». Sin embargo, también recomienda «conducir con prudencia», al menos en el ámbito cardiológico, en el que «podemos imbuirnos en una burbuja. Hay que investigar para conseguir impresiones biológicas».

Células madre y más…

Los modelos impresos en 3D también están empezando a jugar un papel relevador como prótesis sustitutivas en resecciones. La cirugía torácica ya las ha utilizado, con autorizaciones individualizadas, para reconstrucciones de caja torácica con resecciones de esternón. Tal es el caso del equipo del Hospital de Salamanca, cuyo jefe del Servicio de Cirugía Torácica, Marcelo Jiménez, fue pionero hace tres años en la implantación de un esternón impreso en 3D. «Estos modelos podrían convertirse en soluciones futuras individualizadas para la vía aérea», señala el cirujano que, no obstante, indica que el avance dependerá de las respuestas a fenómenos como la movilidad o la rigidez o concretar qué material -titanio, resinas o cerámicas- sería el más indicado para sustituciones torácicas. Junto con la Fundación Prodintec, aborda líneas de mejora relacionadas con «la potencial incorporación de células madre pluripotentes, factores de crecimiento, antibioterapia o quimioterapia a las prótesis de sustitución torácica, lo que abre un panorama muy destacado, al igual que la posible fabricación de un árbol traqueobronquial para estenosis traqueales».

En el Hospital Clínico de Madrid, el equipo de Florentino Hernando Trancho, jefe de Cirugía Torácica, también realizó hace más de un año una resección y sustitución completa de esternón. No vacila al señalar que los modelos en 3D, según las guías que ha realizado la Sociedad Española de Cirugía Torácica, impulsadas por Jon Zabaleta, son esenciales para el entrenamiento quirúrgico, incluso por toracoscopia, aunque se muestra cauto al referirse a las dificultades que aún quedan por resolver .»La caja torácica es un órgano dinámico y que protege a órganos vitales, por lo que hay que responder a cuestiones como la idoneidad de los materiales o los ajustes funcionales».

Hacia la bioimpresión

Entre las principales mejoras de una técnica que aún está lejos de haber llegado a su máximo potencial en el ámbito sanitario, el ingeniero Arnau Valls destaca la necesidad de reducir costes, que sobre todo se asocian a la alta especialización de los profesionales implicados en estos procesos, y tiempos; «estos varían mucho, dependiendo de la urgencia y la complejidad, desde un par de días a un par de semanas», comenta sobre la experiencia de su centro.

También habría que perfeccionar los materiales para que imiten mejor los tejidos humanos. Y como meta final, poder imprimir el órgano o el tejido, como ya se ha logrado con la piel humana. Esa es la línea de trabajo que mantiene desde hace años Anthony Atala, director del Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa, en Carolina del Norte. «Nuestro objetivo es poder diseñar órganos y tejidos mediante la bioimpresión, que emplea células vivas, pues eso nos permitirá automatizar el proceso y ampliarlo a muchos más pacientes», escribe Atala a DM.

Este grupo cuenta con el sistema integrado de impresión de tejidos y órganos (ITOP), desarrollado hace más de una década en el Instituto Wake Forest. «El sistema deposita tanto materiales biodegradables como plásticos para dar forma al tejido y geles a base de agua que contienen las células. También se modela una estructura exterior fuerte y biodegradable. De esta forma, hemos impreso tejido óseo, cartilaginoso y muscular que, implantado en modelos experimentales, desarrolló un sistema de nervios y vasos sanguíneos». Atala opina que en el futuro habrá centros especializados en medicina regenerativa y bioimpresión que eludirán la necesidad de donación y los riesgos asociados del rechazo.