O impacto da impressão 3D na medicina

Futuro da Medicina
Jan 21, 2016 · 6 min read

A impressão tridimensional personalizada de órgãos, próteses, pele e ossos pode até parecer ficção científica, mas o fruto da união entre tecnologia e biologia será uma possibilidade palpável para o mercado consumidor em um futuro não muito distante.

A invenção e primeira patente registrada da impressão 3D foi na década de 1980, concebida originalmente como um meio de produzir protótipos rápidos e acessíveis para a indústria manufatureira. Com o passar dos anos, o advento da impressão 3D se propagou e a tecnologia tem sido utilizada em diversas áreas e, como não poderia ser diferente, cientistas estão descobrindo aplicações biológicas extraordinárias para a tecnologia. Na área da saúde, a principal expectativa para o uso da modelagem e impressão 3D é reduzir o tempo nas filas de transplantes, bem como atuar com maior dilegência durante as cirurgias e pós-cirúrgico.

Já existem múltiplos métodos de impressão 3D que trabalham de maneiras distintas, utilizando materiais que podem variar de plástico a pó de metal. Para a impressão 3D na medicina, cientistas introduzem matérias como resinas, metais e células humanas para criar as mais diversas composições tridimensionais para funções biológicas. Uma das tendências mais modernas é a bioimpressão, técnica que vem apresentando um progresso crucial na criação de tecidos e orgãos humanos por meio da utilização de células-vivas como matéria prima. O uso dessa tecnologia para fazer órgãos a partir das células-tronco do próprio indivíduo poderá fazer uma revolução no processo de transplante de órgãos e redução da rejeição de transplantes.

Em função de facilitar o diagnóstico e planejamento cirúrgico, a técnica é capaz de substituir os modelos de imagens obtidos por meio de tomografia e ressonância magnética por modelos físicos da anatomia do próprio paciente, que poderão ser manipulados pelo médico antes de uma intervenção cirúrgica.

Peças de reposição para o corpo humano impressas em 3D já são uma realidade. Para um paciente que precisa de um transplante ósseo, resultados dos exames de imagens computadorizados são utilizados para fabricar uma cópia idêntica à original. A Organovo, empresa americana líder em bioimpressão, está usando impressoras 3D para criar tecidos vivos que imitam a aparência e o comportamento de orgãos humanos. Segundo os especialistas, em duas décadas estas bioimpressoras serão capazes de produzir órgãos como rins, pâncreas e fígados a partir das células-tronco de um paciente.

Em 2013, a Oxford Performance Materials foi notícia ao criar um implante impresso em 3D para substituir 75% do crânio de um paciente. O sucesso da operação culminou com a aprovação do dispositivo facial pelo FDA, o orgão governamental americano que lida com o controle das indústrias alimentícias e de medicamentos. Até o momento, está é a primeira e única aprovação de impressão 3D para implantes faciais. Além da capacidade de criar peças para corresponder à anatomia específica de um paciente, o método reduziu o custo de um dos procedimentos mais complexos da medicina: reconstruir cirurgicamente uma face lesionada.

Embora impressão 3D biológica ainda seja uma tecnologia relativamente nova, é notável seu sucesso e relevância no campo médico, tornando-a um dos estudos mais influentes do mundo. Como resultado, o mercado de impressão 3D para medicina está previsto para atingir mais de 4 bilhões de dólares em pesquisa e desenvolvimento até 2018. De próteses a orgãos personalizados, a tecnologia deve revolucionar o setor da saúde por ser um meio versátil e eficaz de tratamento médico e individualizado aos pacientes. Nas próximas décadas, impressoras 3D poderão ser aparelhos hospitalares tão comuns quanto equipamentos de raio-X.

EXPERIMENTOS BEM SUCEDIDOS

Médicos da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) realizaram o primeiro transplante de crânio impresso em 3D no Brasil. Após sofrer um acidente de moto, Jessica Cussioli, 23 anos, ficou com um buraco de 12 centímetros de comprimento em seu crânio e precisava reconstruir parte do rosto. A empresa paulista especializada em biofabricação Biofabris foi responsável por desenvolver um modelo virtual do crânio de Jessica e usou titânio para imprimir uma placa em 3D concebida para cobrir o buraco. A cirurgia — realizada pelo Sistema Único de Saúde (SUS) — foi um sucesso. A intenção dos cientistas é que essas pesquisas tornem-se protocolos de medicina para serem adotados num futuro próximo pelo SUS em todo país.

Cientistas do Laboratório de Engenharia e Regeneração de Cartilagens ETH Zurich, na Suiça, criaram um nariz através de uma combinação de biopolímeros e células vivas. O material foi colocado em oito seringas e inserido em uma impressora 3D concebida para receber materiais biológicos. Camada por camada, o nariz toma forma com uma biotinta ejetada por um pequeno bocal. A cartilagem foi projetada para crescer junto com o paciente após o implante. Por ser criada a partir das células do próprio indivíduo, a probabilidade de rejeição é baixa.

O Instituto de Medicina Regenerativa Wake Forest, Estados Unidos, é responsável por outro avanço na impressão 3D biológica. A equipe de pesquisadores criou um coração em miniatura usando uma rede de células cardíacas criadas a partir de células de pele humana adulta. Estas células foram reprogramadas e depois fundidas em conjunto com a impressão 3D, resultando em um pequeno coração sintético. Anteriormente, a equipe imprimiu com sucesso orgãos como rins e bexiga, bem como desenvolveu um novo tipo de tecnologia de impressão a jato de tinta que permite a produção de pele para soldados com queimaduras graves.

Médicos e pesquisadores do Hospital Universitário de Salamanca, na Espanha, conseguiram criar ossos de titânio produzidos em uma impressora 3D. O paciente, de 54 anos, precisava que seu esterno e parte de sua caixa torácica fossem substituídos em consequência de um câncer na região. Para recriar o modelo exato da parede torácica do paciente, foram utilizados scans 3D de alta resolução dos ossos originais. A empresa australiana Anatomics foi responsável por projetar esta peça, que recebeu pó de titânio como base. Sem sofrer quaisquer complicações pós cirúrgicas, o paciente recebeu alta 12 dias após a operação.

Apontadas como fontes de tecidos substitutos, células-tronco embrionárias foram impressas em 3D na Universidade de Edinburgh, Reino Unido. A equipe de cientistas utilizou uma impressora com biotinta contendo células-tronco cultivadas em laboratório. As células foram expelidas por um micro jato de ar e impressas vivas em uma placa de petri. O objetivo dos pesquisadores é utilizá-las para criar orgãos para transplante e produzir tecidos para testes farmacológicos.

Seria o fim dos transplantes?

Apesar dos avanços médicos significativos envolvendo a impressão 3D, os desafios científicos e regulamentares ​​permanecem, e as aplicações mais transformadoras para esta tecnologia precisarão de tempo para progredir. Para que a busca de órgãos procedentes de doadores seja substituida por peças sintéticas, o desenvolvimento de células usando o próprio DNA do paciente é fundamental para evitar a rejeição. Cientistas do MIT já descobriram uma maneira de conservar diversos tipos de células que compõe os tecidos do corpo e que não só mantenham a sua função enquanto cultivadas em laboratório, mas também que se multipliquem para produzir um novo tecido. Estes tecidos já são utilizados por pesquisadores para testar drogas experimentais e o próximo passo é utilizá-los para reparar os orgãos humanos danificados. Todavia, em entrevista concedida para a Revista Nature, a bioengenheira de Universidade de Harvard Jennifer Lewis hesita em acreditar que a impressão 3D poderá suprir a escassez de orgãos como rins e fígados disponíveis para transplante devido à arquitetura altamente complexa destes orgãos. Mas para Keith Murphy, CEO da empresa americana de bioimpressão Organovo, embora ainda existam muitos obstáculos científicos e técnicos à frente, essa evolução é questão de tempo.

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