Medicina impressa: os avanços que a tecnologia 3D trouxe à saúde

Réplicas de partes do corpo, próteses e implantes produzidos por impressoras 3D sob medida ajudam o trabalho de médicos e melhoram a vida dos pacientes. Mas o melhor ainda está por vir: no futuro, essas máquinas podem imprimir órgãos humanos e acabar com a fila dos transplantes

Na década de 1980, quando a impressora 3D foi criada, seu principal uso era fabricar peças para a indústria automobilística, que se aproveitou da possibilidade de rapidamente produzir protótipos e testá-los antes de criar todas as ferramentas para a linha de produção. Desde então, armas, chocolate, canetas, brinquedos, roupas espaciais já saíram de dentro do equipamento. Nos últimos três anos, foi o setor de saúde que passou a investir na tecnologia.

Plásticos e metais estão sendo agora utilizados para criar: réplicas personalizadas de órgãos ou partes do esqueleto que permitem o planejamento preciso de cirurgias; guias cirúrgicas que indicam lugar de cortes e inserções; implantes que substituem ossos ou corrigem problemas de formação de órgãos; e próteses para membros mutilados.

O princípio da impressora 3D é o mesmo da convencional. No lugar de tinta, cientistas introduzem no aparelho pó, gel ou filamento de metal ou de plástico, que, no lugar de letras, imprime camada por camada peças tridimensionais como dedos, crânios ou dentes. A técnica permite uma personalização sem precedentes na medicina. Para criar um crânio de plástico de um paciente, por exemplo, são utilizadas como base imagens de ressonância magnética ou tomografia computadorizada da pessoa, de modo que a cópia saia idêntica ao original. Cientistas acreditam que, no futuro, será possível, em vez de metal ou plástico, utilizar células vivas como matéria-prima das peças – a chamada biotinta. Nesse processo, serão impressos órgãos idênticos aos naturais, o que pode acabar com as filas de espera para transplantes.

O Instituto Nacional de Saúde dos Estados Unidos (NIH, na sigla em inglês) lançou em junho um site dedicado ao compartilhamento de arquivos para impressão em 3D, relacionados à saúde e à ciência, como peças de laboratório e modelos anatômicos humanos. “A impressão 3D é um potencial divisor de águas para a pesquisa médica. No NIH nós vimos um incrível retorno dos investimentos: um plástico que vale centavos ajudou pesquisadores a investigar questões científicas importantes, economizando tempo e dinheiro”, afirmou Francis Collins, diretor do instituto, no lançamento do site.

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Implantes – Um dos principais usos das impressoras 3D mundo afora é a produção de implantes para reconstituir partes do corpo, geralmente ossos. Em março, o Centro de Tecnologias de Reconstrução Aplicadas em Cirurgia (Cartis, na sigla em inglês), no País de Gales, realizou uma das mais complexas operações para reconstituir a face de um paciente, vítima de um acidente de moto, em 2012. O objetivo era restaurar a simetria do rosto do britânico Stephen Power, que fraturou ossos da face, mandíbula superior, nariz e crânio.

A cirurgia utilizou a tecnologia 3D em diversos momentos. A primeira parte foi o planejamento, feito no computador e em moldes impressos. “Durante a operação, só é possível ver um lado da face”, explica Peter Evans, especialista em próteses maxilofaciais e um dos fundadores do Cartis. “Fica difícil manter a orientação.”

Os cientistas imprimiram dois implantes de titânio: um para a base da órbita ocular e outro para uma placa que uniu pedaços de ossos quebrados. “Foi a primeira vez que utilizamos todos esses procedimentos na mesma operação”, conta Evans. Para o pesquisador, o uso de implantes feitos em impressoras 3D está começando a se tornar mais comum – ele estima que ocorra um caso por mês no Reino Unido, focados principalmente nas regiões craniana e maxilar.

Casos experimentais de sucesso – Em março deste ano, um implante feito com impressora 3D salvou a vida do bebê americano Garrett Peterson, de 18 meses. Ele sofre de traqueobroncomalacia, um defeito nos brônquios e na traqueia que impede a passagem de ar. Ligado a um sistema de ventilação para evitar o sufocamento, Garrett nunca havia saído do hospital e, nos últimos meses, vivia em coma induzido. Médicos implantaram um tubo impresso sob medida para desobstruir as vias aéreas do bebê e, dois meses depois, ele foi para casa.

“A ventilação pode causar complicações como pneumonia, infecções e até a morte do paciente”, afirma Scott Hollister, professor de engenharia mecânica e biomédica da Universidade de Michigan, que participou da operação. Afora o benefício à saúde, a tecnologia proporcionou também economia: enquanto o tratamento com ventilação chega a 1 milhão de dólares em até dois anos, o procedimento com o implante custa cerca de 200.000 dólares.

Em outro caso experimental de destaque, estudantes de engenharia da Universidade de Washington criaram em 3D um braço robótico para uma adolescente de 13 anos. O protótipo customizado custou cerca de 200 dólares, enquanto os tradicionais podem ultrapassar 6.000 dólares. Charles Goldfarb, professor de cirurgia ortopédica e um dos mentores do projeto, conta que a equipe trabalha para publicar um artigo na literatura médica e compartilhá-lo com outros centros. “Nossos principais desafios são produzir uma prótese econômica, funcional, durável. Ela deve atender as necessidades de uma criança e ter uma aparência atrativa para ela”, diz. A prótese da adolescente foi feita em plástico cor-de-rosa.

Brasil – O uso de implantes personalizados ainda não é regulamentado pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa). Para experimentar a técnica, é preciso enfrentar a burocracia do órgão e obter uma autorização especial.

O que já existe é a produção de instrumentos de planejamento cirúrgico, como a reprodução de um crânio ou de maxilar de um paciente, que auxiliam cirurgiões a simular o passo a passo de uma operação. Nesse campo, a entidade pioneira é o Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer (CTI), em Campinas, vinculado ao Ministério da Ciência e Tecnologia. Desde 2000, o CTI produziu peças para 3 385 cirurgias. “Atendemos quase 500 casos por ano, e o número tem aumentado”, diz o engenheiro Jorge Lopes da Silva, chefe da divisão de tecnologias tridimensionais do CTI.

O CTI atende praticamente apenas o Sistema Único de Saúde (SUS). A solicitação do serviço fica a critério do cirurgião, e os casos mais comuns são de reconstituição óssea – principalmente crânio, mandíbula e face -, decorrentes de acidentes, tumores ou anomalias genéticas. Em alguns casos, o rosto do paciente é impresso em máscaras para planejar a reconstituição.

Além das réplicas, o CTI produz guias cirúrgicas, que orientam o cirurgião e o ajudam a realizar incisões no local exato. “A técnica reduz o tempo de cirurgia em cerca de uma hora e meia, diminui a quantidade de anestesia aplicada no paciente e o cansaço da equipe. No conjunto, esses benefícios diminuem o risco de erros”, explica Rodrigo Rezende, engenheiro e pesquisador da Divisão de Tecnologias Tridimensionais do centro.

A Anvisa informa que, diante do desenvolvimento da tecnologia, firmou uma parceria com o CTI para regulamentar o uso da impressão 3D na medicina.

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Custos – Os custos com a impressão 3D podem ser relativamente modestos. Um crânio de plástico, por exemplo, custa 2.000 reais. E, de acordo com Jorge Lopes Silva, o investimento vale a pena: a qualidade da cirurgia aumenta, e as despesas totais caem, pois a operação dá menos trabalho para equipe médica, usa menos o centro cirúrgico e reduz a estadia do paciente no hospital.

Em São Paulo, a empresa UP! 3D Brasil, voltada para impressão 3D, há quatro anos produz modelos para planejamento de cirurgias no setor privado. Atualmente, atende quatro ou cinco casos por mês. “A tendência é que o uso de impressoras 3D na saúde fique mais barato e abrangente. Trata-se de uma perspectiva mundial com enorme potencial de crescimento”, afirma o diretor da empresa, Flávio Ulbrich, engenheiro mecatrônico especializado em engenharia clínica.

Órgãos impressos – Para o futuro, a grande promessa são órgãos humanos impressos em 3D. Células do próprio paciente – de preferência as de fácil acesso, como da pele – seriam cultivadas em laboratório e introduzidas na impressora, que produziria partes do corpo como rim, pâncreas e fígado. O órgão passaria um tempo em uma espécie de incubadora, para maturar, e poderia, enfim, ser implantado no paciente.

Pode parecer ficção, mas as pesquisas já começaram.​ O Instituto de Medicina Regenerativa da Universidade Wake Forest, nos Estados Unidos, um dos mais avançados na área de bioimpressão (impressão feita diretamente com células), desenvolveu o protótipo de um rim impresso com células e um biomaterial próprio para fixá-las, e a Organovo, primeira empresa a fabricar bioimpressoras, já imprimiu protótipos de tecido do fígado que reproduzem a composição e arquitetura naturais.

Vasos em 3D – Um obstáculo para a produção de órgãos é a vascularização dos tecidos, que precisam de uma circulação constante de nutrientes e oxigênio para sobreviver. No início de julho, um grande avanço foi obtido nessa área, quando cientistas das universidades de Sydney, Harvard e Stanford e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts utilizaram a impressão 3D para fabricar vasos sanguíneos.

A equipe imprimiu um molde em três dimensões de vasos sanguíneos e aplicou nas cavidades células endoteliais (que compõem as paredes dos canais sanguíneos) para formar os vasos propriamente ditos. Por enquanto, os cientistas fizeram apenas uma demonstração com células ósseas ao redor dos vasos e ainda não deixaram elas se desenvolverem completamente. “Queríamos provar que essa tecnologia não é tóxica para as células”, diz o brasileiro Luiz Bertassoni, especialista em engenharia biomédica, que participou da pesquisa.

Há mais desafios. Quanto maior a complexidade do órgão, maior a dificuldade em lidar simultaneamente com os diversos tipos de células que o compõe. “No laboratório, a gente costuma estudar um tipo de célula de cada vez, e ainda assim é complicado. Para criar um órgão funcional é preciso trabalhar com células de diferentes tipos, em diferentes pontos. A vascularização facilita esse processo, mas a gente ainda precisa aprender a replicar essas interações intercelulares”, afirma Bertassoni. Segundo o pesquisador, deve levar cerca de três décadas para um órgão impresso ser utilizado clinicamente. “Mas eu adoraria estar errado na minha previsão.”