El papel de la fabricación aditiva en la medicina veterinaria

Desde el principio de los tiempos, los seres humanos han optado por convivir con los animales, y así sigue siendo hoy en día. Los tipos de mascotas más comunes son los perros, los gatos, los peces y los pájaros, por lo que el número de animales en un hogar ha aumentado significativamente en 2020 en comparación con 2016. Este aumento puede atribuirse en gran parte a la pandemia global que comenzó en esa época y a los confinamientos en todo el mundo. Pudimos pasar más tiempo con nuestras mascota gracias a la imposición del llamado teletrabajo. Pero no sólo ha aumentado el número de mascotas, sino que la fabricación aditiva también ha ganado popularidad últimamente. La impresión 3D se pone a disposición de los animales para desarrollar tratamientos y aplicaciones en la medicina veterinaria.

La impresión 3D ya ha mejorado industrias enteras en varios sectores, y lo mismo está ocurriendo con la medicina veterinaria. Teniendo en cuenta que se trata de una rama importante y creciente de la economía, es comprensible que se utilice la fabricación aditiva en este sector. Sólo en Estados Unidos, más de 120.000 veterinarios ejercen actualmente su profesión para ayudar a los animales con diversas afecciones y enfermedades. A medida que aumenta el número de mascotas, también lo hace el valor del sector en su conjunto. Según un informe de Grand View Research, Inc., se espera que el mercado mundial de actividades veterinarias alcance los $114.400 millones en 2028. Sin embargo, no sólo los veterinarios utilizan la impresión 3D para velar por el bienestar de nuestros animales, sino que las empresas comerciales también están desarrollando nuevas aplicaciones. Pero, ¿cuáles son las posibilidades y limitaciones de la fabricación aditiva en este campo? ¿Cuáles son los procesos y las aplicaciones más típicas? Te lo contamos a continuación.

El uso de la fabricación aditiva está creciendo en el sector de la medicina veterinaria. Aquí podemos ver el diseño de la mandíbula inferior de un perro. (Créditos: Dr. Johnny Uday)

La fabricación aditiva en los centros veterinarios

Cuando llevamos a nuestras mascotas al veterinario, a menudo solemos encontrarnos con largos tiempos de espera y grandes costes para encontrar una solución a los problemas. La evolución de los materiales en el mercado de la fabricación aditiva están respondiendo a las distintas necesidades del sector veterinario. Estos materiales, junto con la utilización de la tecnología, permiten reducir costes y tiempos de espera así como ofrecer una mayor personalización. Además, los enfoques innovadores también pueden simplificar los pasos individuales por los que pasa una mascota cuando visita a un veterinario que utiliza la fabricación aditiva. En general, materiales como el PEEK, el PEKK, plásticos dentales como el nailon, el PLA y el PVA pueden ser usados con impresión 3D para muchas aplicaciones en este ámbito.

Aplicaciones de la impresión 3D veterinaria

Muchos de los métodos convencionales utilizados por los veterinarios son similares a los empleados en medicina humana. A pesar del ADN y otras características físicas, debemos recordar que algunas opciones de tratamiento simplemente no son posibles en animales.

El primer paso antes de operar o crear un dispositivo protésico, es la exploración. Algunos animales no caben en un escáner veterinario de tomografía computarizada (TC) estándar debido a sus condiciones. También pueden surgir problemas con respecto a la inmovilidad, por lo que los primeros retos ya se plantean en este momento. Aunque la sedación es una opción, también es muy costosa y requiere mucho tiempo. Con la tecnología 3D, no sólo es posible realizar la exploración rápidamente, sino que también puede alcanzar un alto grado de precisión. Al tratarse de un aparato portátil es más sencillo y cómodo de lo que ocurre con las máquinas de tomografía computarizada convencionales. Con animales peligrosos como un caimán o animales que viven en el agua, las tomografías computarizadas clásicas ya habrían fracasado.

El caso del caimán Mister Stubbs  demuestra lo que se puede conseguir con el escaneado 3D. Encontrado en un camión articulado en 2013, llamó la atención porque el caimán no tenía cola. Esta extremidad sirve para la locomoción y la dirección en el agua, además de almacenar grasas para contribuir a su estado de salud. Usando un escáner 3D de la empresa Artec3D, pudieron escanear la cola de otro caimán similar. Aunque tuvieron que hacer adaptaciones en el diseño para adaptarlo al tamaño de Mister Stubbs, todos los detalles de la cola pudieron ser capturados gracias al escaneo 3D. Esto ayudó al equipo a crear una nueva cola para el caimán.

Una réplica tan precisa de la cola del animal no habría sido posible con métodos tradicionales. (Créditos: STAX3D via Artec)

Personalización de las aplicaciones gracias a la tecnología 3D

Las clínicas veterinarias pueden conseguir una amplia gama de beneficios activos con el uso de la fabricación aditiva a la hora de tratar animales. Esto abarca desde la producción de prótesis y órtesis hasta implantes, piezas dentales o incluso modelos personalizados adecuados para fines prequirúrgicos. Las ventajas son grandes, teniendo en cuenta que, debido a las diferentes condiciones biológicas y necesidades de las distintas especies animales, la cantidad de factores a tener en cuenta aumenta. La anatomía de una especie animal, como los perros, difiere enormemente de una raza a otra, por lo que la personalización del tratamiento es realmente necesaria.

Las órtesis y prótesis hechas con impresión 3D son algunas de las aplicaciones más conocidas en la medicina veterinaria. Las férulas fijadas al cuerpo sirven de ayuda ortopédica para aliviar, estabilizar o ajustar articulaciones, huesos o incluso músculos. Este fue también el caso del gato de tres meses, que nació con una rara deformidad congénita de la pared torácica. El doctor Matteo Zanfabro trató esta deformidad con ayuda de la fabricación aditiva. La férula, fabricada con PETG e impresa en 3D con la Ultimaker S3, se adaptaba al tamaño y la deformidad del gatito al tiempo que permitía el crecimiento del animal. Para proporcionar la estabilización necesaria, se cerró la férula con alambres quirúrgicos y se colocó un soporte acolchado. Gracias a esto el joven gato no volvió a sufrir limitaciones de movimiento.

Las férulas, prótesis y órtesis impresas en 3D no sólo pueden simplificar la vida de los animales, sino también salvarla. (Créditos: Matteo Zanfabro via PlayVet)

En el transcurso de su trabajo, investigadores de la Universidad Tecnológica Eslovaca de Košice estudiaron las ventajas de la impresión 3D en el campo de la ortodoncia veterinaria. Utilizando el ejemplo de un perro labrador de 15 meses que perdió un diente importante para comer mientras jugaba, demostraron lo que era posible utilizando la fabricación aditiva. Como este diente no volvería a crecer, se necesitaba una solución personalizada que pudiera prevenir la desnutrición. Para ello, se escaneó el mismo diente que aún existía en la mandíbula del perro para fabricar un implante mediante impresión 3D de metal. Una de las razones por las que se eligió la fabricación aditiva es la precisión en los detalles. Esto fue importante ya que el diente recién fabricado tenía que integrarse perfectamente en el hueco de la mandíbula. Tras una fase de regeneración, el diente impreso en 3D era aún más duro y duradero que los dientes naturales del perro.

Gracias a este diente impreso en 3D, el perro podrá volver a comer. (Créditos: TU Košice)

Teniendo en cuenta los problemas dentales de los animales, el veterinario Dr. Johnny Uday, que implantó la impresión 3D hace 5 años, da una idea de otros posibles retos. El doctor explica: “Los problemas dentales son muy comunes y destruyen las mandíbulas de muchas mascotas, provocando fracturas con lisis ósea (grandes agujeros). Sin embargo, debido a la variedad de tamaños de los perros, las placas «estándar» pueden ser demasiado grandes o voluminosas y causar más daño de lo que ayudan. Así que una buena aplicación de esta tecnología es desarrollar placas personalizadas para que puedan tener un ajuste y un tamaño perfectos. Esto permite incluso planificar los orificios de perforación para que no se dañen las raíces de los dientes, los haces vasculares, los nervios, el sistema linfático y otras estructuras esenciales para el funcionamiento y la correcta cicatrización”.

La impresión 3D dentro de la medicina veterinaria también aporta una gran ventaja para la creación de modelos quirúrgicos y anatómicos. Los modelos quirúrgicos ayudan a los veterinarios a lograr mejores resultados durante la operación, al tiempo que reducen el tiempo de intervención. En concreto, se trata de plantillas impresas en 3D que contienen planos de incisión y orificios exactos del respectivo paciente animal, de modo que los cirujanos pueden practicar con estas plantillas por adelantado. No sólo es adecuado para operaciones difíciles, sino también para lesiones ortopédicas como roturas del ligamento cruzado o incluso problemas congénitos de las extremidades. Los modelos anatómicos, que pueden dividirse en modelos de acupuntura, de órganos, de esqueleto o incluso de ejercicio, también ofrecen una gran ayuda a los veterinarios. Estos modelos tridimensionales no sólo suponen una ventaja para los veterinarios, sino también para los estudiantes y futuros veterinarios en el aprendizaje y la investigación.

Cuando la fabricación aditiva se utiliza en medicina veterinaria, beneficia sobre todo a mascotas, pero también a otros animales de granja, como pollos o vacas. Sin embargo, esto es más complicado con animales pequeños como ranas o hámsters. La razón es su diminuta anatomía, que hace que la creación de guías de incisión e implantes sea mucho más difícil que con animales grandes, según nos explica el Dr. Johnny Uday. El mayor reto a la hora de implantar la impresión 3D en el flujo de trabajo sea aprender el tema en sí. En este sentido, el Dr. Johnny Uday destaca los conocimientos en programas informáticos, así como los biomateriales compatibles.

Las empresas buscan ayudar a los animales

Aunque hay clínicas veterinarias que utilizan la fabricación aditiva, las empresas también han encontrado un gran potencial en este campo. La lista de empresas que utilizan AM en el sector veterinario es cada vez mayor. Encontramos por ejemplo a Think3DDD, PlayVet, CABIOMEDE, DiveDesign, o incluso las conocidas Formlabs y Artec3D. La principal diferencia que existe entre los veterinarios y las empresas al usar la impresión 3D es principalmente la formación académica. Las empresas fabrican y venden estos productos y por lo tanto han desarrollado un mercado para su servicio y el rendimiento del producto. Por el contrario, los veterinarios utilizan la tecnología para trabajar de forma más eficiente y mejorar su flujo de trabajo. Aún así, el objetivo de ambos es el mismo: mejorar o incluso salvar la vida de los animales.

La empresa berlinesa Think3DDD, fundada por Tino Jacobi, explica que se trata de una estrecha colaboración debido al alto grado de individualización. De hecho, comentan: “Cooperamos muy estrechamente con los veterinarios. Fabricamos órtesis y prótesis adecuadas con la información de los veterinarios, y también el veterinario acompaña el tratamiento”. Sin embargo, según Alexander Then, propietario de NordicVet3D, todavía hay un gran número de veterinarios que no hacen uso de la fabricación aditiva. “No veo otra razón que la económica para no utilizarlos”, explica. También detalla las ventajas de hacerlo: “Podemos comprobar si los tornillos y placas que queremos utilizar son los más adecuados en cada caso. Esto minimiza el riesgo de error o la necesidad de reintervención, que se asocia a una mayor mortalidad. También se ha demostrado que reduce el tiempo quirúrgico y, por tanto, el coste real del procedimiento”.

Veamos ahora el proceso completo, así como las tecnologías y los materiales utilizados. El primer paso es realizar un escaneo 3D, que puede realizarse a través de una solución profesional o mismamente con un smartphone. Una vez realizado el escáner, ya sea en las instalaciones de la empresa o en el veterinario, se utiliza un software para calcular la imagen digital del dispositivo. Tras realizar la impresión 3D y el postratamiento, la pieza puede implementarse directamente en el animal. Al usar la tecnología FDM/FFF, pueden emplearse “muchos tipos de plásticos termoplásticos de poliuretano (TPU) con distintos grosores, polipropileno (PP), politereftalato de etileno (PET) y otros”, explica Alexander Then.

Primero se realiza el escaneado 3D, luego se genera el archivo y finalmente se imprime en 3D. (Créditos: Think3DDD)

Limitaciones de la fabricación aditiva en el ámbito veterinario

Aunque el número de ventajas de utilizar la fabricación aditiva en medicina veterinaria supera con creces los problemas y retos, también existen ciertas limitaciones. La gama de materiales compatibles con aplicaciones en animales es bastante amplia. Sin embargo, los materiales biocompatibles que pueden esterilizarse son algo limitados. Además, la formación de biopelículas en implantes impresos en 3D es uno de los principales factores que limitan la tecnología. Esta biopelícula, que es una especie de asociación de bacterias, es especialmente resistente y difícil de eliminar. Dado que también puede formarse en implantes 3D, el Dr. Uday considera que se trata de un reto importante a superar.

Por su parte, Matteo Zanfabro, de PlayVet, señala que el trabajo veterinario con tantos materiales diferentes es un reto en sí mismo. Es importante recordar que, dependiendo de la aplicación, el material debe contener propiedades específicas. Esto se debe a que es necesario encontrar el mejor compromiso posible entre calidad y tiempo de producción. Matteo Zanfabro también menciona el hecho de que “las especificaciones de los fabricantes para la impresión 3D no coinciden con el resultado real”. Para ello, hay que “probar, ensayar y volver a comprobar cada material y cada proceso para estar seguros de que es adecuado para el producto”. Este proceso no sólo puede llevar mucho tiempo, sino también puede ser costoso.

En resumen, ¿qué podemos concluir sobre el uso de la impresión 3D en medicina veterinaria? Gracias a la fabricación aditiva, ya se han salvado bastantes vidas de animales. Aunque hay casos más fáciles y otros más difíciles de resolver, tanto para las empresas como para los veterinarios, cada reto presenta también nuevas oportunidades para el uso de la tecnología en este campo.

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*Créditos foto de portada: Indra Veterinary Clinic