Un biomodelo anatómico impreso en 3D para planificar cirugías tumorales complejas

Fabricar modelos anatómicos de órganos y tejidos gracias a la bioimpresión 3D para reproducir los diferentes tejidos con “muy alta precisión” y “un nivel de detalle superior a los equipos de tomografía de última generación”. Esto es lo que se ha conseguido con el proyecto DAP4MED.

En este proyecto, el Instituto Tecnológico del Producto Infantil y Ocio (AIJU), junto a la empresa Avamed Synergy, han reproducido estos biomodelos fabricados con impresión 3D para ayudar en la planificación quirúrgica y formación.

Este biomodelo combina hasta seis resinas para reproducir los diferentes tejidos, como los vasos sanguíneos, el tejido óseo o el tejido tumoral, con lo que ayudan en la planificación de una cirugía tumoral compleja.

Los beneficios de este tipo de biomodelos hacen que los cirujanos dispongan de la máxima información precisa sobre la localización, alcance, volumen real del defecto a resecar y los márgenes de resección negativos que pueden afectar a otras estructuras vitales y que se ven comprometidas en la resección tumoral.

Así, sus ventajas abarcan desde la planificación quirúrgica, el ensayo quirúrgico y la formación clínica. Además, fuentes de este proyecto señalan que las posibilidades de trasladar estos biomodelos a facultades son muy amplias y permiten su análisis a estudiantes de medicina, incluso con la impresión de sucesivas réplicas para el correcto entrenamiento de este tipo de intervenciones.

Primer caso de uso

En concreto, este desarrollo se ha puesto en práctica para un paciente diagnosticado con una lesión de estirpe grasa en el compartimento anterior del muslo derecho, con invasión intermuscular de paredes no definidas que, además, genera desplazamiento de los tejidos blandos adyacentes, así como compromiso del paquete vasculonervioso.

“La lesión era de gran tamaño y se extendía hasta el tercio proximal del muslo, localizado entre los músculos sartorio, abductores, el psoas ilíaco y el recto anterior”, explican fuentes del proyecto.

El ingeniero responsable de AIJU Manufacturing, Nacho Sandoval explica que al poder imprimir con la combinación de hasta seis resinas distintas se obtiene “de forma simultánea modelos multimaterial con un aspecto y comportamiento que simula los diferentes tejidos que se han seleccionado para el estudio”.

En este caso, este biomodelo ha ayudado a decidir la correcta disposición de la extremidad durante la cirugía. “Gracias al tratamiento en los distintos tonos de color, transparencias y dispares texturas flexibles de los diferentes tejidos, el cirujano ha podido ensayar las posibles resecciones y prever así las complicaciones quirúrgicas sin aumentar los riesgos sobre el paciente durante la intervención”.

En este sentido, el director general de Avamed Synergy, Lucas Antonio Díez, asegura que la vida de los biomodelos una vez planificado, ensayado e intervenido el caso clínico, no ha terminado.

“Su uso formativo puede seguir siendo lo más indicado. A nivel interno, residentes y otros profesionales pueden aprender de casos extremadamente complejos a los que no tienen acceso por las limitaciones físicas de un quirófano”.

Fases del desarrollo

Antes del trabajo de impresión 3D, Avamed Synergy toma, como punto de partida la tomografía realizada al paciente y realiza un "exhaustivo" proceso de segmentación, para diferenciar y separar los distintos tejidos afectados, la complejidad de la lesión y su alcance.

Tras aislar digitalmente las estructuras de interés, se generan ficheros independientes y se modelan distintos tejidos de la zona. De esta forma, el listado de elementos posicionados se convierte a formato STL que procesará la impresora 3D.

En esta fase, AIJU comienza la validación de elementos para el proceso de impresión, analiza los ficheros y modifica o repara cualquier información que no sea apta para la impresión 3D.

De este modo, se pueden definir las propiedades físicas que deben tener los diferentes tejidos, con el objetivo de que sean lo más afines al tejido real del paciente.

Planificar la operación

Ante situaciones de este calado, el cuadro clínico al que se han enfrentado los especialistas “requiere de una planificación con un biomodelo físico que se comporte de forma lo más similar posible a los tejidos anatómicos”, con el fin de permitir "una planificación milimétrica de la cirugía".

Además, se han estudiado y seleccionado los diferentes materiales y combinaciones de materiales posibles para conseguir simular los tejidos involucrados como vasos sanguíneos, tejido óseo incluso con interior trabecular, así como tejido tumoral afín al detectado.

De este modo, la tecnología de fabricación aditiva empleada para obtener el biomodelo final (tecnología PolyJet e impresora J750 DAP de Stratasys) ha permitido trabajar con una muy alta precisión con espesor de pared mínimos de 0.8 mm y resolución en Z de 30µm lo que aporta un nivel de detalle mayor al que puede aportar actualmente el mejor equipo de tomografía de última generación.

Esta investigación, financiada con fondos de Generalitat Valenciana a través del Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (Ivace), es “un claro ejemplo de la valía de conocimiento que se genera en los centros tecnológicos”, apunta la directora general del Ivace, Júlia Company.

Para Company, los institutos tecnológicos valencianos tienen “un potencial valor transversal, del que se pueden beneficiar no sólo las empresas del sector, sino otras empresas, así como la sociedad en general”.