Las aplicaciones más destacadas de la impresión 3D en la oftalmología

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. En este ranking, presentamos varios implantes, instrumentos, proyectos innovadores e incluso lentes de contacto que se han producido mediante fabricación aditiva. Descubre cómo la impresión 3D está cambiando la oftalmología y qué ventajas ofrece a pacientes y médicos.

Implantes y prótesis oculares

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.

Créditos: Fraunhofer IGD, Johann Reinhard

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.

Créditos: KIT

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.

Las prótesis se pueden fabricar mediante métodos tradicionales o impresión 3D. (Créditos: ABC News: Chris Gillette)

OMFS-IMPATH optimiza el desarrollo de prótesis oculares

Cuando se presenta la ausencia, pérdida o disminución de tamaño de un ojo, es fundamental contar con una prótesis ocular personalizada y bien ajustada para facilitar la rehabilitación física y psicosocial del paciente. Muchos pacientes desarrollan el síndrome del alveolo anoftálmico, caracterizado por el hundimiento de la prótesis y la caída de los párpados, lo que lleva a una baja satisfacción con la prótesis y afecta la calidad de vida. Los expertos de OMFS-IMPATH han desarrollado un innovador proceso de diseño de prótesis oculares personalizadas y de ajuste preciso utilizando tecnología de escaneo, planificación e impresión 3D, replicando exactamente el ojo natural. Esto se traduce en un ajuste anatómico preciso, mejorando las capacidades funcionales y la apariencia física del paciente.

Créditos: OMFS-IMPATH

Proyectos, instrumentos y lentes de contacto

Párpados artificiales impresos en 3D

En la Universidad de Innsbruck, los estudiantes de medicina tienen la oportunidad de estudiar y practicar con párpados artificiales impresos en 3D. Los párpados artificiales se recrean sobre la base de párpados humanos y luego se analizan y estudian, comparando las propiedades mecánicas del tejido humano con las de los modelos impresos en 3D. Este proyecto es de gran importancia no solo para la formación de futuros médicos y cirujanos, sino también para ofrecer una mejor atención a los pacientes. En efecto, los cirujanos pueden practicar con la reproducción fiel del párpado de un paciente concreto antes de entrar en el quirófano.

Créditos: Medizinische Universität Innsbruck

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)

Lentes de contacto impresos en 3D

Ya hemos hablado de las gafas impresas en 3D, pero ¿sabías que también existen lentes de contacto impresos en 3D? Un proyecto de 2021 de la Universidad Jalifa de Ciencia y Tecnología (KUST) pretendía hacerlos realidad. Recurriendo a la impresión 3D DLP y al diseño CAD, fueron capaces de crear lentes de contacto inteligentes, alisándolos después con un postratamiento para garantizar un acabado liso de la superficie. ¿Y lo mejor? En realidad son lentes de contacto «inteligentes» con capacidad de detección incorporada.

Créditos: KUST

El primer trasplante de ojo y cara con ayuda de la fabricación aditiva

A la hora de realizar operaciones complejas, es evidente que los instrumentos quirúrgicos correctos son de máxima importancia. Un hecho que prueba esto lo hemos visto en el trasplante de ojo y parte de la cara que recibió un estadounidense y que fue posible con la ayuda de la planificación y uso de la fabricación aditiva de la empresa belga Materialise. El paciente Aaron James sufrió un accidente de alto voltaje mientras trabajaba y tuvieron que retirarle el ojo izquierdo y parte de la cara. Mientras estaba en lista de espera para un trasplante, un equipo médico del Hospital Langone Health de la Universidad de Nueva York, planificó el trasplante junto a ingenieros clínicos de Materialise.

Estos últimos tuvieron un rol crucial tanto en la planificación como en la compleja cirugía. A partir de tomografías computarizadas (TC) desarrollaron un plan preoperatorio virtual que ofrecía una ruta paso a paso para el procedimiento quirúrgico. Cuando se encontró al donante, Materialise tardó menos de 24 horas en planificar el caso y diseñó e imprimió en 3D los instrumentos necesarios. Entre ellos, dispositivos médicos a medida, modelos óseas precisos y guías de corte adaptadas a la estructura anatómica del paciente y el donante. Gracias a la personalización y precisión de estos instrumentos se redujeron los riesgos y la cirugía, primera en su tipo, fue todo un éxito.

Guías quirúrgicas personalizadas hechas por Materialise para el donante (izquierda) y para el paciente Aaron James (derecha). Créditos: Materialise.

Lentillas personalizadas para el tratamiento de las cataratas

Investigadores de la Universidad de Anglia Oriental lograron un avance significativo en la tecnología de dispositivos oculares. En concreto, un nuevo tipo de resina para impresión 3D con el cual fabricar implantes de ojo, un elemento crucial en cirugía refractiva y de cataratas. La lente intraocular artificial (LIO) desarrollada puede implantarse de forma fácil y segura en el saco capsular. Este tipo de lentes impresos se pueden personalizar según la forma del ojo y las necesidades visuales de cada paciente, lo que podría mejorar la corrección visual y la comodidad. Aunque estas lentillas aún están en desarrollo, los investigadores sostienen que también se pueden usar corregir defectos refractivos como la miopía, la hipermetropía y la presbicia.

Créditos: University of East Anglia

Modelos de simulación de lesiones oculares mediante impresión 3D

Investigadores del King’s College Hospital del Reino Unido han desarrollado un modelo de simulación de traumatismos oculares mediante impresión 3D. Diseñado con Fusion 360 e impreso con Stratasys J850, el modelo se basa en casos clínicos reales. Evaluado por 14 oftalmólogos y 5 clínicos, mostró una mejora significativa en la confianza del usuario en las técnicas de evaluación y sutura. La impresión 3D ofrece ventajas clave, como la reducción de los plazos de producción y la aceleración de la creación de prototipos. Estos modelos, que pueden producirse en serie en los hospitales, permiten a los médicos perfeccionar sus habilidades con mayor eficacia, al tiempo que ofrecen una alternativa a los ojos de animales y cadáveres para la formación quirúrgica.

Gafas impresas en 3D para curar el daltonismo

Investigadores de la Universidad Khalifa han desarrollado unas gafas impresas en 3D capaces de tratar la alteración de la visión cromática. Estas gafas, con cristales tintados insertados en monturas fabricadas mediante impresión 3D MSLA, filtran las longitudes de onda no deseadas dejando pasar el resto del espectro visible. Tras diseñar un prototipo con SOLIDWORKS, los investigadores lo imprimieron en resina ASIGA DentaClear y Gray en una Prusa SL1S, con un tiempo de impresión de seis segundos por capa y un grosor de 25 micras. Según el equipo, estas monturas impresas en 3D ofrecen una alternativa más personalizable y potencialmente más eficaz que las gafas comerciales actuales.

Gafas impresas en 3D para el tratamiento de córneas deformadas

El Dr. Song Hongix, oftalmólogo e investigador del Hospital Tongren de Pekín (China), ha fabricado unas gafas para pacientes con córneas deformadas mediante el proceso de impresión en 3D. Son especialmente indicadas para el tratamiento del queratocono. Esta es una enfermedad ocular en la que la visión se ve afectada por la deformación de la córnea. La lente está diseñada para personalizarse y estabilizar la visión del paciente. Gracias a la impresión 3D, la lente puede adaptarse a distintas formas de córnea. El Dr. Hongix se inspiró en la tecnología de óptica adaptativa de la NASA, que se utiliza para mejorar la calidad de imagen de los telescopios corrigiendo las distorsiones causadas por la atmósfera terrestre.

Créditos: Bejing News

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