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Ingenieros de diseño crean implantes craneales personalizados gracias a la fabricación digital y sus conocimientos en la industria automotriz
Carlos Monroy y Martín Carcaño de Granta aplicaron sus conocimientos en la industria aeronáutica y automotriz para desarrollar un método innovador de diseño y fabricación de implantes médicos. Sus implantes craneales personalizados se ajustan con precisión durante la cirugía y reducen el riesgo de rechazo para el paciente. Gracias al software más reciente y las herramientas de fabricación digital, el equipo de Granta está mejorando la calidad de vida de sus pacientes, al mismo tiempo que cambian sus propias vidas.
Conocimientos en ingeniería y el deseo de ayudar a los demás
Los estudios de Carlos Monroy en ingeniería y diseño lo llevaron de su México natal a la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, donde realizó el doctorado. Ha trabajado en la industria aeronáutica, la industria automotriz y el deporte de alta competición. "Desde que era niño, siempre he deseado ayudar a las personas", comenta. "Deseaba aportar algo a la sociedad".
A medida que avanzaban sus estudios, los diferentes intereses de Monroy empezaron a converger de forma innovadora. "Cuando realizaba mi segundo posdoctorado, empecé a transferir la tecnología que usábamos para la industria automotriz a otros sectores", comenta. "La trasladamos a los dispositivos médicos. Sabíamos que podíamos ofrecer una gran ayuda".
Monroy regresó a México y puso en marcha un negocio de desarrollo de dispositivos médicos guiado por su afán desde niño de ayudar a otras personas. Bajo el nombre Granta, en honor a un tramo de río próximo a la Universidad de Cambridge, su trabajo se combinaría con materiales automotores para desarrollar nuevos avances en la fabricación digital. Se unió a su tarea Martín Carcaño, ingeniero mecánico y diseñador industrial con más de 10 años de experiencia en la industria automotriz, además de experto en CAD/CAM y tecnología de fabricación digital.
Mejora de la vida de las personas gracias a la tecnología
El objetivo que puso en marcha Granta era mejorar la vida de las personas mediante el diseño y la fabricación de implantes óseos para pacientes que realmente los necesitaban. Monroy decidió que el mejor punto de partida eran los implantes craneales. "Es el punto de partida más sencillo para nosotros porque es muy importante proteger el cerebro, pero es una zona que no tiene otras articulaciones", explica. "La finalidad es protegerlo y, mientras lo consigas, ya has logrado tu objetivo".
Granta es una de las seis o siete compañías del mundo que diseña implantes craneales personalizados. "Somos los primeros en obtener todas las aprobaciones y los permisos necesarios del gobierno mexicano para fabricar este tipo de implantes", afirma Monroy. "Todo se diseña y se fabrica internamente".
Durante el proceso, hay muchos desafíos. "Es difícil iniciar una compañía y, aún más difícil, en el sector de la salud en México", comenta. Granta ha tenido que superar una gran cantidad de inspecciones gubernamentales y completar montañas de papeleo para obtener todos los permisos necesarios. Sin embargo, después de dos años de larga espera, la compañía recibió las aprobaciones correspondientes del gobierno mexicano. Poco después, un médico local se puso en contacto con Monroy y Granta consiguió su primer paciente.
Tratamiento de traumatismos craneales graves
Adriana tenía una vida normal en la Ciudad de México con su esposo y su familia cuando sufrió un aneurisma cerebral que puso en peligro su vida. Después de que falló la cirugía para reparar la lesión, los médicos tuvieron que realizar una craneotomía, un procedimiento para extraer parte de su cráneo para aliviar la presión en el cerebro y salvar su vida.
Inicialmente le pusieron un implante craneal de PMMA (polimetacrilato de metilo), un acrílico que se moldea en el cráneo del paciente durante la cirugía. Sin embargo, este material es susceptible al crecimiento bacteriano y la absorción de agua. Adriana sufrió una segunda infección debido al implante de PMMA y requirió cirugía de emergencia para retirarlo.
Sin el soporte y la protección de un implante craneal, la salud de Adriana siguió empeorando. Después de un año, había perdido la capacidad de hablar y controlar el lado izquierdo del cuerpo. Desesperada por encontrar una solución, su angustiada familia aprovechó la primera oportunidad que se presentó para trabajar con Granta.
Un implante personalizado creado con CAD
El implante que necesitaba Adriana "era muy complejo debido a su gran tamaño", comenta Martín Carcaño, director de diseño biomédico de Granta. "Ocupa casi la mitad del cráneo, así que fue todo un reto". Monroy y Carcaño se pusieron a trabajar en el implante después de recibir una tomografía computarizada, que convirtieron en datos de nubes de puntos, y usaron Netfabb (Inglés) para preparar el archivo e importarlo al software de diseño. Mediante Inventor y Fusion 360 (Inglés), se diseñó un implante personalizado con la forma y el tamaño exactos del cráneo de Adriana.
A continuación, realizaron una impresión 3D de un modelo del cráneo y el implante; luego, revisaron el prototipo y el archivo digital con el médico para realizar modificaciones. "Imagina diseñar algo con una tolerancia de 0.05 mm en el ajuste, sin acceso a la parte en sí", resalta Carcaño. "Es un cráneo humano; no se puede simplemente cortar el tejido y tomar medidas. Dependemos por completo de los datos digitales. No hay lugar para el error; una falla puede tener consecuencias letales".
Una vez finalizado el diseño, el siguiente desafío era fabricar el implante con su forma orgánica compleja. "Usamos un material completamente biocompatible llamado PEEK, polieteretercetona", indica Monroy. "Una de sus propiedades es que el cuerpo no ataca el material, lo que impide que se genere una infección".
Mediante PowerMill (Inglés), el equipo de Granta realizó el fresado de PEEK con una máquina CNC para igualar el modelo 3D. Para garantizar la precisión del ajuste, el equipo de diseño 3D digitalizó el implante con ReCap (Inglés), que crea un modelo virtual de la parte física para compararla con el archivo de diseño digital. Todo coincidía, y el implante se envió al hospital para esterilizarlo y preparar la cirugía de Adriana.
De lo digital a lo real
La cirugía de implante de Adriana, llamada craneoplastia, tuvo lugar el 18 de septiembre de 2018 en el Hospital Español de la Ciudad de México. Una craneoplastia suele tomar seis horas o más en completarse con un implante de diseño y fabricación tradicionales porque es necesario que el neurocirujano dedique una cantidad considerable de tiempo a su ajuste.
Gracias al implante de Granta, diseñado desde el principio para brindar un ajuste perfecto, el proceso quirúrgico tomó menos de tres horas en completarse. "En ese instante, todo se hizo realidad", comenta Monroy. "Fuimos testigos de cómo el implante se fijó a su cráneo en menos de cuatro minutos, a la perfección y sin complicaciones. No podía creerlo. Todo tenía sentido".
Después de la operación, el estado de salud de Adriana comenzó a mejorar. Monroy y Carcaño la visitaron en el área de recuperación al día siguiente. "Me saludó con una enorme sonrisa y nos dijo: gracias por lo que han hecho por mí; me han cambiado la vida", recuerda Monroy. "Y, en realidad, es todo lo contrario".
"He dedicado toda mi vida a la ingeniería de productos comerciales, desde automotores hasta diseño de productos", comenta Carcaño. "Sí, sientes que dejas tu huella en el mundo, que diseñas cosas que la gente usa. Pero, cuando diseñas algo tan vital para un ser humano, algo de lo que esa persona depende para vivir, eso te cambia la vida".
Próximos pasos de Granta
Desde la operación de Adriana, el equipo de Granta ha continuado ayudando a más pacientes. Cuatro personas más ya han recibido implantes personalizados y hay otros casos en desarrollo. Monroy también está entusiasmado por probar nuevas tecnologías y materiales, incluida la impresión 3D directamente en PEEK y titanio. "Eso es algo que he estado platicando con un cirujano maxilofacial, para las personas que pierden parte de la mandíbula debido a un tumor", comenta. "Solo necesito encontrar la combinación correcta de materiales".
A medida que la compañía evoluciona, "No quiero pensar en Granta solo como una compañía de implantes", afirma Monroy. "Siempre estamos buscando la siguiente innovación, qué más podemos hacer con esta tecnología que nos permita ayudar a otras personas. Deseamos cambiar la existencia de las personas y mejorar su calidad de vida".