Impressão 3D Na Medicina: aplicações na saúde em 2023
Impressão 3D Na Medicina: aplicações na saúde em 2023
Paulo Miranda
Paulo Miranda
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A medicina é uma das áreas que mais tem crescido com o desenvolvimento e aplicação de tecnologias inovadoras. Dessa forma, é possível aprimorar tanto os desfechos clínicos de pacientes, como tornar o processo de saúde mais ágil, eficaz e acessível. 

Uma das frentes de inovação em saúde que vem ganhando destaque nos últimos anos é a impressão 3D aplicada à medicina.

Com a possibilidade de se fazer novos procedimentos, a impressão 3D chega com a garantia de revolucionar cada vez mais os novos tratamentos e possibilitar novos mecanismos para auxiliar os pacientes a terem qualidade de vida.

História da Impressão 3D na medicina

Os primeiros relatos da tecnologia de impressão 3D remontam a década de 1980, desenvolvida pelo engenheiro norte-americano Charles Hull.

Sua impressora funcionava a partir da sobreposição de camadas finas de resina líquida, solidificada com raios de luz UV. Sua principal aplicação na época era a prototipagem rápida para indústrias, utilização que está presente até os dias de hoje. 

Foi em 2009 que a tecnologia para impressão 3D começou a tomar novas dimensões quando a Fused Deposition Modeling foi desenvolvida, permitindo que uma máquina, a RepRap, fosse desenvolvida por um baixo custo de fabricação.

Em 2012 foi fabricada a primeira impressora 3D que poderia ser usada com mais facilidade, melhorando cada vez mais o mercado.

Como funciona a impressão 3D?

Imagem mostrando o avanço das impressões 3D. No fundo, uma impressora 3D atual que auxilia o médico no desenvolvimento de protótipos com medidas próximas ao real.

Quanto ao seu uso na medicina, um dos primeiros e mais relevantes relatos aconteceu no ano 2000, com um transplante de um rim bioimpresso.

Desde então diversas aplicações vêm sendo desenvolvidas, desde a produção de imobilizadores ortopédicos até impressão de orgãos 3D para transplantes

Podendo substituir peças anatômicas previamente removidas ou perdidas, as próteses personalizadas são impressas em uma impressora 3D, observando-se uma semelhança muito próxima aos órgãos naturais, o que mitiga – e muito – as chances de rejeição e promove uma melhora de vida para o paciente.

Como funciona a impressão 3D?

A tecnologia de impressão 3D apresenta vários mecanismos de funcionamento, podendo produzir objetos em plásticos, resinas, metais ou mesmo tecidos biológicos.

O primeiro passo é confeccionar o modelo virtual, utilizando softwares específicos para essa finalidade. A partir do modelo, a impressora lê as referências e inicia  processo de impressão.

A maioria dos modelos de impressora utilizam o sistema de sobreposição de camadas, onde são depositadas finas lâminas do material utilizado, uma sobre a outra.

O material pode ser solidificado apenas em contato com o ar ou através de feixes de luz. Dessa forma, as camadas vão formando o objeto a ser impresso. 

impressora 3D na medicina

Uma impressora 3D e um coração recém-impresso mostrando sua funcionalidade e o que é possível fazer.

Na bioimpressão existem etapas um pouco diferentes do modelo anteriormente apresentado.

O modelo inicial também é virtual, mas sua confecção utiliza materiais como células, hidrogéis e biomoléculas. Depois de produzido o modelo, o mesmo deve ser maturado em sistemas fechados, utilizando biorreatores. 

Com os avanços, uma peça que, antes, demorava semanas para ser produzida, hoje já é criada com mais rapidez e facilidade, o que leva a um tratamento igualmente mais rápido, diminuindo as chances de rejeição e de complicações médicas.

O que é a impressora 3D na medicina?

 O conceito de impressão 3D se baseia na construção de um modelo tridimensional, a partir de um protótipo virtual, sendo este produzido com base em diferentes tipos de plástico ou metais, ou mesmo em tecidos biológicos, sendo possível a impressão de órgãos 3D e tecidos.

Nas últimas décadas houve grande progresso na aplicação da tecnologia à área da saúde. A técnica pode ser aplicada de maneiras diferentes, mas pode auxiliar na melhoria dos procedimentos.

É adquirida uma imagem através de raio-x, tomografia computadorizada, ressonância magnética ou ultrassom e, posteriormente, é inserido em uma impressora 3D para dar os parâmetros necessários para que a impressão seja o mais próximo do que se deseja.

Com quatro objetivos principais, a impressão 3D pode:

  1. Auxiliar na criação de novos tecidos;
  2. Criar órgãos para transplantes;
  3. Personalizar próteses para o paciente e;
  4. Auxiliar em metodologias cirúrgicas.

O mercado de impressora 3D para medicina

Apesar de ser uma tecnologia nova e ainda pouco difundida, a impressão 3D é vista como promissora e alvo de interesse de pequenos e grandes grupos.

O mercado de impressão tridimensional já supera os US$5,1 bilhões de dólares e cresceu a taxas de mais de 25% ao ano, nas últimas décadas. A custo-efetividade do processo é um dos fatores que mais chama atenção. 

O preço das impressoras 3D vem caindo de maneira expressiva, tornando-se acessível até ao público geral. Além disso, sua aplicação em implantes e transplantes cirúrgicos mostra grande vantagem econômica em relação aos procedimentos tradicionais, podendo se tornar até o tratamento padrão ouro no futuro.

Levantamentos atuais mostram que, apesar de ser uma tecnologia nova, cerca de 72% do mercado americano já está trabalhando com a utilização da tecnologia 3D, o que demonstra um crescimento exponencial e mundial, levando a indústria médica cada vez mais para o patamar da 4.0, permitindo uma leve abrangência e barateamento de custos para incentivar, cada vez mais, sua utilização.

Quais são os benefícios da impressão 3d na área médica? 

Falando de benefícios da impressora 3D na medicina, podemos citar vários que promovem uma massificação do desejo pelo uso da tecnologia de impressão 3D na medicina.

O primeiro é a identificação de tumores já que mediante a visualização mais expressiva, podemos contar com achados radiológicos que nos auxiliarão na localização precisa de tumores, além de diminuir a incidência de complicações.

Também podemos, com o auxílio de uma impressora 3D, desenvolver próteses e implantes o mais próximo possível do real. Ao inserir uma prótese no paciente, podemos ter uma incompatibilidade de dimensões, mas isso se torna possível de resolução já que as impressões 3D são moldadas conforme a especificidade do receptor.

Não obstante, também se torna melhor o planejamento de cirurgias para reconstrução e reconstituição de tecidos, como pele e face, para reiterar a saúde e bem estar do paciente. Concomitante a todos os benefícios, ainda temos uma melhor inserção da farmacologia. 

Como podemos dosar melhor, conseguimos direcionar o princípio ativo em melhores proporções para cada indivíduo, evitando superdosagens ou dosagens menores do que o paciente necessita.

Associado aos vários benefícios, ainda temos a possibilidade de desafogar a lista de espera para transplantes, um benefício mundial.

Como a Impressão 3D é regulada na saúde 

A regulamentação é um dos principais desafios da impressão 3D. Como todo equipamento utilizado na medicina, é necessário que se tenha clareza quanto à eficácia do dispositivo e segurança do paciente.

Instituições como o FDA (Food and Drug Administration) têm tentado desenvolver manuais que regulamentem a sua utilização.

Um fator que influencia na necessidade de aprovações é o grau de risco que o dispositivo oferece. Por exemplo, imobilizadores ortopédicos são classificados com grau I de risco, exigindo menos critérios do que o implante de valvas cardíacas exigiriam. 

No Brasil, a indústria 3D está se solidificando aos poucos, mas já conseguimos ter acesso a produtos e tratamentos que estão liberados. Alguns pontos ainda precisam ser regulamentados, demandando uma regulação mais específica.

Porém, por hora, seguem os mesmos padrões da regulação de saúde, atuando conjuntamente a ética médica e a necessidade do paciente.

As aplicações na Medicina 

  1. Análise Pré-Cirúrgica 

Existem softwares capazes de converter exames de imagem como tomografias em modelos digitais disponíveis para impressão. Desse modo, obtêm-se uma réplica física idêntica à anatomia do paciente

Impressão 3D Na Medicina - aplicações reais

Uma análise realizada previamente a uma cirurgia com o auxílio da impressão 3D para criar peças anatomicamente semelhantes ao que o paciente precisa.

Através desse modelo, pode-se observar com riqueza de detalhes o órgão a ser operado, bem como realizar a simulação do procedimento, garantindo maior desempenho do cirurgião e melhores desfechos clínicos. 

  1. Biotinta

Com a possibilidade de criar impressões a partir das células do paciente, a biotinta permite reconstruções mais fidedignas para o material transplantado.

O benefício da mesma é que a possibilidade de rejeição cai já que o material não causa algum tipo de exposição negativa ao ser transplantado. 

impressora 3D para medicina

Amostra de uma biotinta criada para a realização de um procedimento que será realizado em uma impressora 3D.

Além disso, permite que o desenvolvimento se estende não apenas para órgãos, mas, também, para tecidos.

Com isto, a utilização da biotinta dentro da impressão 3D aumenta os níveis de possibilidades a serem exploradas, avançando em tratamentos ainda não realizados previamente.

  1. Modelagem personalizada de gesso  

O gesso tradicional, utilizado para imobilização de membros, em casos de fratura, pode estar com os dias contados. Atualmente, já se utiliza modelos tridimensionais para essa finalidade. 

Os benefícios são enormes, visto que o imobilizador é mais leve, arejado, higiênico e permite ao paciente molhar o membro. Desse modo, atividades do dia-a-dia, como tomar banho e entrar na piscina podem ser feitas sem restrições.

  1. Prótese de Custo Reduzido
benefícios da impressora 3D na medicina

Imagem de uma prótese 3D, modelo que fica com o custo mais baixo, proporcionando a possibilidade de tratamento para os que precisarem por um preço mais próximo a realidade majoritária da população.

Com a massificação das impressões 3D dentro da saúde, as próteses passaram a ser mais acessíveis.

O que antes tinha um preço considerável, com  a adesão mais expressiva da tecnologia, já podemos encontrar próteses mais baratas e que abrangem uma população que, até então, não poderia ter acesso devido ao custo elevado.

  1. Crescimento Ósseo

Um dos maiores avanços das próteses 3D foi a possibilidade de iniciar o crescimento ósseo para fazer remodelagem.

Uma prótese é criada em pó de cerâmica e outros componentes clínicos. Com isso, inicia-se o crescimento ósseo em qualquer formato para corrigir falhas.

O estudo tem sido feito na Universidade de Washington e já mostra que auxiliará – e muito – a medicina 4.0.

  1. Modelagem de crânio

Um procedimento realizado na China fez, recentemente, o transplante de crânio em um jovem pós-acidentado.

Com baixo custo, a possibilidade de moldar partes ósseas no formato necessário facilita a reconstrução e reparação de lugares como o crânio, levando uma quantidade significativa de soluções para diferentes pacientes e diferentes lesões.

impressão de orgãos 3D - transplante num homem chinês

Imagens de um transplante realizado em um chinês. A tecnologia 3D foi utilizada para promover a inserção óssea de modo anatomicamente fiel à necessidade do paciente.

  1. Transplante de Órgãos

Com uma fila grande, os transplantados demoram a receber órgãos e, muitas vezes, não conseguem. Através da tecnologia 3D já é possível imprimir órgãos que, além de tudo, contam com um baixo índice de rejeição. 

impressora 3D na saude

Protótipo de coração humano criado para o treinamento de transplantes de órgãos.

Com um misto de células-troncos e fragmentos, o órgão é criado, imprimido e implantado no paciente, diminuindo a fila e os pacientes que esperam por um órgão.

  1. Orelhas humanas

Através do uso de fotografias, pôde-se criar moldes tridimensionais de orelhas que, após serem preenchidas com colágeno, foi possível fazer um transplante para um paciente.

Realizado na Cornell University por Lawrence Bonassar, a finalidade é utilizar a tecnologia em pacientes que, acidentalmente, perdem suas orelhas e precisam de cirurgias de correção.

  1. Impressão de Pele Sintética 

Para pacientes com queimaduras graves, os pesquisadores americanos da Wake Forest School of Medicine, assim como os espanhóis da Universidade de Madri, desenvolveram pele sintética a partir da impressão 3D. 

pele sintética feita com impressão 3D

Pele sintética criada com vasos sanguíneos para transplante, utilizada principalmente em pacientes com grandes queimaduras.

Utilizando a impressão de células epiteliais, a solução proporciona resultados precisos sem a utilização de um material prévio de animais, levando ao desenvolvimento médico em prol unicamente da saúde humana.

  1. Válvulas Cardíacas e tecidos cardíacos

Mesmo sendo um procedimento extremamente complexo, a estrutura muscular cardíaca já foi alavancada nos estudos iniciais da impressão 3D.

Os testes realizados em ovinos conseguiram programar um coração para, ao ser implantado, funcionar como um coração humano transplantado. 

Além disso, em 2019 pesquisadores conseguiram criar uma válvula cardíaca mediante impressão 3D.

Com tal avanço, o método publicado na revista Science nos mostra que será possível reproduzir as estruturas cardíacas e desenvolver um transplante completo e com baixos índices de rejeição, aumentando a sobrevida de pacientes cardiopatas.

  1. Estudo do câncer e identificação de tumores

Com o intuito de imprimir células para combater as cancerígenas e melhorar as terapias aos pacientes, a Universidade de medicina de Harvard conseguiu imprimir células neoplásicas.

Após isso, ocorreu o crescimento das mesmas, abrindo as possibilidades de estudo em um ambiente controlado.  

Ao fazer a impressão 3D de células neoplásicas, consegue-se estudá-las melhor, além de testar medicamentos que, até então, não poderiam ser testados mediante a reação clínica.

É a indústria 4.0 avançando para melhorar o tratamento de doenças que ainda demandam tratamentos não conhecidos.

Além dos avanços nos futuros tratamentos, também podemos identificar, com mais facilidade, os tumores.

O que a tecnologia 3D nos mostra é que com a visualização mais ampla, seria possível visualizar células neoplásicas em estágio inicial. Com isso, seria possível iniciar o tratamento ainda no início, aumentando as chances de resolução da doença.

  1. Personalização de Medicamentos 

Conseguindo dosar, por via 3D, os órgãos alvos, a medicina conseguirá aplicar medicamentos na dosagem correta.

Além dos benefícios já conhecidos, a indústria farmacêutica mostrou que será possível conseguir fazer uma dosagem mais direcionada e específica para cada paciente.

Desse modo, além da possibilidade de ter uma dosagem mais direcionada, também teríamos a possibilidade de unir vários princípios ativos. Com isso, também teríamos tratamentos mais personalizados e com um índice menor de reações adversas e inesperadas.

  1. Aplicação tópica de Medicamentos 

Com o avanço das impressões 3D, a necessidade de aplicações locais mais direcionadas também foi alvo de pesquisa.

Com o intuito de criar um medicamento que se adapte a cinética do corpo, a impressora 3D auxilia na criação de um fármaco que libera substâncias próximas ao alvo da doença. Com isso, o tratamento é mais direcionado e perde-se menos com as passagens medicamentosas.

  1. COVID-19 

A tecnologia 3D também nos auxiliou na pandemia do coronavírus. Com ela, foi possível criar válvulas para bombas de oxigênio que, durante o surto, esgotaram-se e diminuíram as chances dos pacientes.

Outra grande possibilidade foi a criação de máscaras N95 com tecnologia própria para combater o vírus causador da covid.

Impressora 3D criada para construir equipamentos para os profissionais da saúde durante o período pandêmico de COVID-19

Impressora 3D criada para auxiliar no desenvolvimento de equipamentos para profissionais da saúde durante a pandemia de covid-19.

Além das máscaras, também desenvolvemos viseiras que protegem os olhos, protegendo como um todo principalmente os profissionais da linha de frente.

Tão importante quanto, foi a criação de ventiladores pulmonares de baixo custo, colaborando com o atendimento inicial do paciente até que ele pudesse ter um ventilador mais específico.

Iniciativas brasileiras bombando a Impressão 3D: Fix-It

O Brasil, apesar de ter demorado um pouco para iniciar-se na medicina com impressões em 3D, não tem ficado para trás.

O Hospital INC, em parceria com a PUC-PR, desenvolveu uma tecnologia que auxilia no diagnóstico e nas pesquisas para cirurgias de aneurisma cerebral.

A intenção inicial é criar procedimentos cirúrgicos mais direcionados para cada caso. Desse modo, diminui-se o tempo necessário para tomar decisões e ocorrências durante a cirurgia que, não obstante, podem ser fatais.

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Prótese 3D criada no Brasil. O desenvolvimento da mesma é de baixo custo e promove um acesso mais facilitado às pessoas com menores poderes aquisitivos.

Além disso, a empresa Fix It, no Brasil, também vem apostando no desenvolvimento de próteses para o membro superior.

Com um preço acessível, as próteses auxiliam na recuperação do paciente de modo mais leve e mais eficaz, direcionando o tratamento para a particularidade do paciente e evitando efeitos adversos como coceira e incômodo.

O que esperar daqui em diante para a impressão 3D na área médica

Finalmente, é imprescindível dizer uma afirmativa: o futuro da medicina já chegou.

A impressão 3D e a utilização de impressora 3D na saúde vêm com o intuito de auxiliar e promover avanços que, a longo prazo, serão imprescindíveis para a melhoria das condições de saúde dos pacientes e a diminuição dos índices de óbitos na fila de transplante.

Além disso, também podemos notar que não apenas órgãos para transplantes, mas a técnica da impressão 3D auxiliará até mesmo a indústria farmacêutica.

Com tratamentos mais direcionados e mais eficazes, será possível fazer com que o paciente tenha uma melhor adaptação e benefícios perante ao tratamento direcionado.

Por fim, cabe ressaltar que os avanços e benefícios da impressora 3D na medicina são incontáveis.

No entanto, a legislação ainda não é tão clara sobre o uso, cabendo aos órgãos responsáveis a verificação da qualidade e da utilização das tecnologias 3D para que a melhoria global seja proporcionada, assim como os avanços na área da medicina e dos procedimentos médicos.

Publicado em:21/11/2022
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