La impressió 4D salva tres nens amb un implant que creix amb ells

En Kaiba, en Garret i l'Ian amb prou feines acumulaven dos anys entre els tres quan una impressora els va salvar la vida. Els nadons van néixer amb una estranya i greu anomalia a les vies respiratòries. Perquè poguessin sobreviure, van haver d'obrir-los la tràquea i ficar-los un tub pel qual podien respirar gràcies a un ventilador mecànic. Els seus pocs mesos de vida els passaven en una unitat de vigilància intensiva (UCI). Tres anys després, els nens ja són a casa. Tot gràcies a una fèrula impresa que va créixer amb ells fins que els seus diminuts bronquis van ser prou forts com perquè l'implant es dissolgués per si sol.

Amb una impressora 3D es pot imprimir gairebé de tot, des de cotxes fins a una miniatura de la torre Eiffel. Amb un programa de disseny per ordinador, la fabricació per capes ofereix la possibilitat de personalitzar gairebé qualsevol cosa, un aspecte que la fa molt interessant per a la medicina. Ja s'imprimeixen ossos, pròtesis dentals, cartílags... Però, amb els nens hi ha problema: creixen molt de pressa. Per a ells es necessiten objectes que, una vegada impresos, puguin canviar amb el temps i adaptar-se al seu creixement. És la quarta dimensió o impressió 4D.

És difícil transmetre com de malalts estaven aquests nens”, diu el cirurgià que els va implantar la fèrula impresa

Amb aquest enfocament, un grup d'experts nord-americans liderats pel professor d'otorinolaringologia pediàtrica de la Universitat de Michigan (EUA), Glenn Green, ha estat assajant implants amb biomaterials fets amb una impressora 3D. Van triar un polièster que té la particularitat que es degrada amb el pas del temps fins que l'organisme l’absorbeix i l’acaba expulsant. Els investigadors ho van provar amb rates i porcs, però ells creien que la impressió 4D podria servir per a molt més. Podria salvar la vida a nens.

Green i els seus col·legues van aconseguir que la FDA, l'agència federal dels EUA que regula i vigila medicaments i dispositius mèdics, autoritzés una excepció a la norma per poder assajar les seves idees amb un grup de nens. Els infants havien nascut amb traqueobroncomalàcia, una anomalia als bronquis que els hi tanca cada vegada que respiren. Dels 30 que van localitzar per tot el país, van seleccionar-ne tres, la vida dels quals corria més perill.

"És difícil transmetre com de malalts estaven aquests nens. Els tres havien estat a la UCI durant mesos. En aquest temps, necessitaven una forta sedació, narcòtics i paralitzants", recorda Green. Als tres els van fer una traqueostomia al coll per col·locar-los un tub per respirar amb ventiladors artificials. "Encara així patien continus episodis que requerien maniobres de reanimació", afegeix el doctor Green que, com els seus companys d'aventura, ha invertit bona part dels seus diners a comprovar l'eficàcia de la impressió 4D per tractar nens malalts.

El petit Kaiba tenia només tres mesos quan li van fer l'implant. Com els altres dos, no havia sortit de la UCI des que havia nascut i tenia una gran quantitat de problemes associats a la seva malaltia, des d'alteració de la ràtio d'oxigen inhalat i de diòxid de carboni exhalat fins a inflamació pulmonar o alteració del seu metabolisme. Pel que fos, les parets internes dels seus bronquis es col·lapsaven quan espirava i tancaven els conductes.

El que van fer els investigadors va ser escanejar la seva tràquea per obtenir una imatge en tres dimensions del problema. Amb aquesta informació van poder dissenyar la fèrula amb les dimensions necessàries per al seu cas concret. En els seus treballs previs amb animals, els metges havien comprovat que el polièster utilitzat, la policaprolactona, manté les seves propietats durant uns 16 mesos. Després d'aquest temps, va reduint el seu pes molecular, els enllaços entre molècules es van afeblint i, a poc a poc, es degrada.

Aquesta degradació al llarg del temps ve que ni pintada als nens amb traqueobroncomalàcia. Afecció capaç de matar-los, el risc va desapareixent a mesura que la criatura creix. A partir dels tres anys, els bronquis han recuperat la seva força i són capaços de fer la seva tasca tot sols. Així que només es tracta d'aguantar aquest temps.

El problema és que, tal com expliquen a la revista Science Translational Medicine, no hi ha dades sobre el ritme de creixement dels bronquis en els nens tan petits. Per això necessitaven un material que creixés amb ells. I és una altra propietat de la fèrula que van imprimir. Agafada a les parets exteriors de cada bronqui amb sutura, el material va seguir l'anomenada llei quadràtica-cúbica, adaptant la seva forma i ampliant el seu volum a mesura que les vies respiratòries s'anaven engrandint.

Al cap de tres setmanes de l'implant, en Kaiba es va deslliurar del ventilador mecànic i va poder tornar a casa. Durant una sèrie de revisions, els metges van anar comprovant com el polièster primer creixia amb els bronquis per, després, anar desapareixent. Avui, amb tres anys i mig, en Kaiba no té traqueobroncomalàcia i la fèrula fa temps que se’n va anar vàter avall.

Un disseny ràpid i personalitzat

"El procés de fabricació de la fèrula mostra el poder de la combinació entre un disseny digital específic per a cada pacient i la impressió 3D, la capacitat per crear dispositius personalitzats o, fins i tot, desenvolupar objectes completament nous per a una necessitat concreta", comenta el professor d'Enginyeria Biomèdica de la Universitat de Michigan i responsable de la creació de l'implant, el doctor Scott Hollister.

A més, el disseny digital i la impressió 4D de biomaterials són qüestió de dies, com demostra el cas d’en Garret, que amb prou feines tenia 16 mesos quan li van fer l'implant. En el seu cas, tenia afectats els dos bronquis, motiu pel qual va necessitar dues fèrules. "Les dues havien de ser col·locades en el petit espai on la tràquea i els bronquis s'uneixen. Per a aquest pacient, ens vam reunir un dimecres, vam modificar el programa, vam crear el disseny dijous i vam imprimim les fèrules divendres per implantar-les la setmana següent. Des del desenvolupament d'un nou dispositiu fins a tenir una fèrula implantable vam trigar tres dies", explica Hollister.

El polièster usat en l’implant es degrada al ritme en què es desenvolupen els bronquis

Amb en Kaiba havent complert el somni de veure en persona Mickey Mouse, amb en Garret, el cas més complicat, que només ha de connectar-se al ventilador quan se’n va al llit, o fins i tot amb el petit Ian, que acaba de fer un any des de l'implant, els investigadors creuen que la seva història pot ser només el principi d'una cosa més gran.

"El potencial de la impressió 3D de material mèdic per millorar la personalització i els resultats per al pacient és evident, però la seva implementació en la pràctica mèdica s'enfronta a grans barreres", escriuen els autors en les conclusions del seu treball. Una és la regulació existent, que encara ha d'adaptar-se a aquesta nova tecnologia. Però hi ha un altre factor i no és res més que "la falta d'interès econòmic de la indústria", aclareixen. Malalties tan rares com la traqueobroncomalàcia, que afecta un de cada 2.500 nens, no interessen gaire els fabricants. Per a infants com en Kaiba, en Garret i l’Ian, només la impressió 3D pot ser la solució.