De una feria de comercio a cirugías avanzadas: el proyecto de investigación pionero de impresión 3D en medicina

En 1990, Fried Vancraen acudió a una feria de comercio alemana, donde lo cautivó la presentación de una impresora 3D. Lo impresionó tanto que se llevó una para su nueva empresa, Materialise. Dos años más tarde, con la ayuda de financiación europea, emprendió un viaje con su empresa emergente que cambiaría el mundo de la medicina, y también de la impresión 3D, para siempre.

Vancraen y Materialise fueron pioneros en el uso de la impresión 3D con fines médicos, con socios procedentes de Alemania y Reino Unido. Por primera vez, empezaron a producir modelos precisos y tangibles de huesos y órganos humanos que se basaban en imágenes médicas, lo que ayudó inmensamente a los cirujanos que planeaban intervenciones complejas. “Ya por ese entonces estábamos convencidos de que las impresoras 3D cambiarían el mundo de la medicina”, comenta.

Después de que Materialise pasara de ser una empresa derivada de la investigación universitaria a una multinacional, Vancraen dejó su cargo ejecutivo en 2024 para presidirla. Aun así, todavía recuerda claramente la emoción de embarcarse en una nueva aventura para probar sus ideas hace ya más de treinta años.

Lo que les ayudó a iniciarse en este camino fue una subvención europea para su proyecto de investigación PHIDIAS. Duró tres años, hasta finales de 1995, y se centró en la producción de modelos médicos precisos basados en imágenes médicas mejoradas, sobre todo, de tomografía computarizada (TAC).

“¡Por supuesto que me acuerdo!”, exclama Vancraen cuando se le pregunta. “Yo fui el director del proyecto, redacté la propuesta (de financiación) y junté a todos los socios”.

Incluyeron a la sociedad Imperial Chemical Industries de Reino Unido, cuya rama farmacéutica pasó a ser una empresa independiente, Zeneca, en 1993, así como a Siemens, el gigante industrial de Alemania, que se encargó de fabricar los dispositivos de imagen médica, y a la Universidad de Lovaina, en Bélgica.

Materialise empezó como una rama de la Universidad de Lovaina y ahora cuenta con alrededor de dos mil trabajadores. Además, cotiza en la bolsa del Nasdaq en Nueva York. A su vez, la impresión 3D se ha convertido en un pilar fundamental de la atención quirúrgica. Las impresoras 3D a menudo se utilizan para crear implantes, prótesis y modelos del cuerpo del paciente con los que los cirujanos pueden practicar.

No obstante, cuando se creó Materialise, esta tecnología acababa de nacer y había dudas sobre lo útil que podría resultar ser y sobre si los médicos podrían usarla para tratar a pacientes reales. El trabajo de verdad empezó el 1 de enero de 1993, menos de tres años después de la creación de la empresa. “Fueron nuestros años de empresa emergente”, cuenta Vancraen. “Éramos un equipo de unas veinte personas”.

De lonchas de jamón a la exploración en espiral

Para el equipo de Vancraen, la prioridad residía en mejorar la imagen médica. “Hacer un TAC entonces era como cortar lonchas de jamón”, recuerda Vancraen. “Para hacer el escáner, la máquina tomaba una imagen de una capa del cuerpo del paciente y, entonces, se movía unos centímetros para escanear otra, como si cortara lonchas de jamón”.

“Si el paciente se movía, aunque fuera mínimamente, la imagen ya iba a presentar problemas”, dice Vancraen refiriéndose a los llamados artefactos, patrones o distorsiones accidentales en las imágenes. La impresión 3D necesita imágenes precisas del cuerpo del paciente. Si, por ejemplo, se pretende imprimir en 3D un implante que debe encajar perfectamente, se necesita una imagen exacta del cuerpo de la persona. Los artefactos en el escáner acabarían trayendo problemas médicos y molestias en los pacientes.

Por ello, el equipo de Materialise cambió el método de lonchas de jamón por la exploración en espiral del TAC. “Conseguimos escanear al paciente en un único movimiento”, indica Vancraen. ”El TAC se movía en espiral alrededor del paciente”.

Se superó otro obstáculo cuando Zeneca, que más tarde se fusionaría con la empresa farmacéutica sueca Astra para crear AstraZeneca, desarrolló un polímero compatible con el cuerpo humano imprimible en 3D. Así se pudieron reemplazar los polímeros más antiguos, los cuales solían ser tóxicos para las personas y no podían usarse en implantes.

Mejor caminar antes de correr

Materialise llevó su tecnología al Hospital Universitario de Lovaina, en su ciudad natal, ya que querían ampliar su pionera técnica. Ahí fue donde comprobaron si la impresión 3D podría realmente beneficiar a los cirujanos y trabajaron con aproximadamente treinta profesionales de la cirugía de Bélgica, Francia, Alemania y Estados Unidos.

“Hicimos nuestro primer estudio clínico real sobre impresión 3D en el sistema sanitario”, cuenta Vancraen. Concretamente, ayudaron a los cirujanos a prepararse para intervenciones complejas. Su equipo hizo uso de la estereolitografía láser, una técnica que imprime modelos intrincados y exactos por capas. Funciona con un láser ultravioleta sobre una resina de moléculas grandes sensibles a la luz de este tipo y con la ayuda de software de diseño asistido por ordenador.

Crearon modelos imprimibles en 3D de órganos y partes del cuerpo con los que los cirujanos pudieran trabajar gracias a sus nuevos escáneres, los cuales eran capaces de ofrecer mejores imágenes médicas. De este modo, los cirujanos se podrían preparar para lo que pudieran encontrarse dentro del cuerpo del paciente y ajustar su manera de trabajar.

“En muchos casos pudimos reducir el número de operaciones a las que tuvo que someterse el paciente”, comenta Vancraen. “Hubo una persona que tenía tres operaciones previstas y, gracias a nuestra tecnología, el cirujano pudo planearlas mejor y finalizar el procedimiento en una única intervención, lo que redujo enormemente el impacto sobre su cuerpo”.

PHIDIAS fue el equipo que sentó las bases para futuros avances en la impresión 3D en medicina al combinar una mejora tanto en el escáner como en la impresión. “Teníamos que aprender a caminar antes de aprender a correr», dice Vancraen. “Con PHIDIAS, aprendimos a andar”.

Trampolín hacia el futuro

Uno de los investigadores de Materialise que ahora puede correr es Roel Wirix-Speetjens, director de investigación médica. Se encarga de desarrollar nuevas soluciones basadas en el trabajo de los investigadores de PHIDIAS.

“PHIDIAS creó nuestra división médica”, afirma. “Desde entonces, hemos suministrado, por ejemplo, más de 400 000 instrumentos personalizados para la rodilla, algo de lo que estoy muy orgulloso”, explica, refiriéndose a las piezas de ayuda que permiten que los cirujanos trabajen de manera más precisa.

En un proyecto, Materialise consiguió crear un modelo 3D detallado de los pulmones de un paciente, el cual contaba con el árbol bronquial, los lóbulos y las secciones de cada pulmón. Este modelo ayuda a los cirujanos que tienen que eliminar el cáncer de pulmón, ya que les permite determinar dónde se encuentra exactamente el tumor.

“De esta manera, extraen menos tejido pulmonar sano”, comenta Wirix-Speetjens. “Todo ello hace que la recuperación del paciente sea mucho menos complicada”. No obstante, también siguen desarrollando nuevas tecnologías de impresión 3D. Materialise ha diseñado diferentes formas de mejorar la cirugía facial, entre otros ámbitos.

Antes, si un paciente padecía, por ejemplo, una lesión que le había deformado la cara, los cirujanos tenían que hacer uso de implantes estándares para reemplazar el hueso y el tejido dañados y doblar manualmente esos implantes durante la cirugía para hacer que encajaran con el resto de la estructura facial.

“Hoy en día, imprimimos en 3D implantes personalizados para cada paciente”, informa Wirix-Speetjens. “Escaneamos las caras con nuestras impresoras 3D para crear implantes intricados y que los cirujanos puedan reconstruir la estructura facial del paciente”. Este tratamiento puede ahora adaptarse a las necesidades de cada persona. PHIDIAS fue un paso clave para hacerlo posible y todavía ofrece increíbles oportunidades para el futuro.

“Nos hemos dedicado solo a esta actividad durante más de 34 años», indica Vancraen. “No sé dónde acabaremos”.

La investigación descrita en este artículo ha sido financiada por el Programa Marco de la UE. Las opiniones de los entrevistados no reflejan necesariamente la de la Comisión Europea.

Artículo publicado originalmente en Horizon, la revista de investigación e innovación de la Unión Europea.