COMPAMED Innovationsforum 2024: Las tecnologías de implantes revolucionan la tecnología médica

Inofensivos y, sin embargo, altamente innovadores: los implantes son productos de alta tecnología (© Constanze Tillmann).

Los implantes médico-tecnológicos han revolucionado el sector de la salud. Pequeños y potentes dispositivos asumen cada vez más funciones en el cuerpo humano gracias a la miniaturización y la creciente inteligencia. “Desde marcapasos hasta articulaciones artificiales y novedosos implantes neurológicos, ofrecen una amplia gama de soluciones para necesidades médicas”, explica el Dr. Thomas R. Dietrich, CEO de la asociación especializada en microtecnología IVAM. “Smart Implant Technology” fue, en este contexto, el tema general del foro de innovación COMPAMED de este año. El evento digital, realizado en forma de seminario web el 3 de junio, fue llevado a cabo nuevamente en conjunto por IVAM y la feria de Düsseldorf y ofreció una visión general sobre un tema central de COMPAMED, que en 2024 volverá a celebrarse en los pabellones 8a y 8b de Düsseldorf del 11 al 14 de noviembre.

La feria internacional líder en el sector de proveedores de la industria de la tecnología médica, que siempre se realiza en paralelo con la feria médica líder mundial MEDICA, ofrece el espectro completo de materiales, sistemas, productos y servicios para la tecnología médica. “El año pasado, MEDICA y COMPAMED sumaron un total de 83.000 visitantes. Basándonos en la tendencia actual de reservas, esperamos nuevamente alrededor de 750 empresas expositoras en COMPAMED y más de 5.000 en MEDICA”, comenta Christian Bigge de la feria de Düsseldorf, mirando hacia atrás y hacia adelante.

Los datos de mercado publicados por empresas de investigación como Skyquest Technologies Group demuestran la importancia actual y futura de los implantes médicos. Según estos, el mercado global de implantes médicos se valoró en 90,3 mil millones de dólares en 2022 y se proyecta que alcanzará los 152,85 mil millones de dólares en 2030, con una tasa de crecimiento anual del 6,8%. Los implantes médicos se desarrollaron para restaurar funciones corporales, aliviar dolores y mejorar la calidad de vida de las personas. Un factor clave en el mercado de implantes es la creciente prevalencia de enfermedades crónicas y afecciones relacionadas con la edad, como artrosis, enfermedades cardiovasculares y degeneración de discos. Además, los avances en tecnologías de implantes y técnicas quirúrgicas contribuyen al crecimiento del mercado, ya que permiten el desarrollo de procedimientos aún más precisos y mínimamente invasivos. El mercado global de implantes médicos ofrece oportunidades significativas de crecimiento y desarrollo. Innovaciones tecnológicas como la impresión 3D, materiales biocompatibles y nanotecnología prometen el desarrollo de implantes a medida, superficies mejoradas y mayor biocompatibilidad.

Con fuerza magnética hacia implantes inteligentes

Los imanes desempeñan un papel importante en el avance de los “implantes inteligentes”. Aquí, dos factores son especialmente relevantes: La tecnología magnética mejora los resultados para el paciente, reduciendo la invasividad y aumentando la calidad de vida, además de cubrir un amplio espectro de aplicaciones, desde implantes cocleares hasta medicamentos implantables. Esto también se debe a que existen materiales ferromagnéticos blandos y duros. Cuando se magnetizan, estos tipos muestran comportamientos, aplicaciones y posibilidades de uso diferentes: Los materiales ferromagnéticos blandos se pueden modificar fácilmente en su estado magnético, mientras que los duros, cuando están magnetizados, son difíciles de cambiar y se consideran permanentes. “Gracias a esta variedad, el uso de nuestros imanes ofrece ventajas tecnológicas y clínicas, como el control preciso de la función del implante para mejores resultados terapéuticos, ajustes no invasivos y transferencia de energía, mayor comodidad para el paciente mediante implantes más pequeños y eficientes, y mayor seguridad gracias al cumplimiento estricto de las normas legales”, afirma Mike Schilling, Gerente de Mercado Médico en Dexter Magnetic Technologies.

La empresa es uno de los principales desarrolladores de soluciones magnéticas para dispositivos médicos implantables. Entre ellos, un ejemplo es un dispositivo de asistencia cardíaca que funciona con bombas cardíacas mínimamente invasivas, que requieren motores miniaturizados. Un alto momento magnético proporciona el par necesario, mientras que la alta coercitividad ofrece resistencia a la desmagnetización. “Esto nos permite reducir aún más el tamaño y la proporción de aspecto”, dice Schilling. Otro ejemplo es el clavo intramedular, un implante con un mecanismo magnético-mecánico único que permite una elongación ósea de alta precisión en las extremidades inferiores. Esto se logra mediante el uso de aleaciones de titanio y materiales libres de ferrita, que utilizan el magnetismo para transmitir la fuerza. Con el implante desarrollado, se puede lograr una elongación ósea de hasta 85 milímetros. Actualmente, se encuentra en desarrollo un proyecto para drenaje linfático, que utiliza tecnología de acoplamiento magnético para facilitar el movimiento y el flujo de la linfa, con la intención de superar las limitaciones de los métodos existentes.

Impresión 3D cada vez más importante para tecnologías de implantes

En 2011, Formlabs fue fundada por tres estudiantes y hoy es el mayor fabricante mundial de impresoras 3D profesionales de las tecnologías de estereolitografía (SLA) y sinterizado selectivo por láser (SLS). Formlabs desarrolla y fabrica toda la gama de hardware, software y materiales de impresión 3D para prototipado y producción. Solo en investigación de materiales, trabajan 60 empleados, entre ellos en resinas biocompatibles indispensables para la medicina. En su contribución en el foro de innovación COMPAMED, Shiden Yohannes, gerente de desarrollo de mercado médico en Formlabs, mostró el enorme avance que la impresión 3D ha logrado en los últimos años en tecnologías de implantes. Estudios en la Universidad de Gante, Bélgica, muestran, por ejemplo, el uso de modelos de enseñanza y entrenamiento para la colocación de stents en las arterias carótidas (Carotis Artery Stenting, CAS).

Con ayuda de la impresión 3D, se pueden reproducir anatomías específicas del paciente y colocar stents en ellas para simular los procedimientos. Por ello, estos modelos se utilizan tanto para entrenamientos endovasculares como para informar a los pacientes. En este estudio, probablemente por primera vez, se utilizó un modelo impreso en 3D económico y personalizado para enseñar la inserción de stents CAS mediante visualización directa y sin fluoroscopía. Para ello, se convirtieron angiogramas por tomografía computarizada (TC) en formato STL mediante un software especializado (“Mimics inPrint”). Se cortaron las arterias carótidas en ambos lados para que todo el modelo cupiera en una impresora “Formlabs 2”, sin omitir el diámetro interno del vaso. Gracias a este estudio, se demostró que, por un lado, es posible fabricar modelos muy complejos de forma económica en hospitales, y que, por otro, la impresión de modelos 3D específicos del paciente puede ayudar en la selección precisa del paciente, la planificación preoperatoria, la formación específica y la información a los pacientes.

Nuevo bioprotesis mamaria mediante impresión 3D

Europa es una de las regiones del mundo con mayor tasa de cáncer de mama. En la UE, una de cada once mujeres desarrolla esta enfermedad a lo largo de su vida. La extirpación de la mama (mastectomía) representa para las afectadas una intervención especialmente difícil. El proyecto europeo MAT(T)ISSE se basa en el desarrollo de una novedosa bioprotesis, un implante médico de clase 3. Esto ayuda al cuerpo humano a restaurar zonas de tejido dañadas tras intervenciones quirúrgicas curativas. La reconstrucción tisular se realiza mediante la extracción autóloga de células grasas (tejido adiposo), que se reimplanta en forma de una red sintética y resorbible sobre una estructura textil. Esta estructura se combina con una carcasa tridimensional bioresorbible y a medida, que marca el volumen a reconstruir. El implante consiste en un soporte para el crecimiento celular (punta) y una cubierta impresa en 3D con el mismo material bioresorbible. Las técnicas de fabricación aditiva permiten crear prótesis personalizadas basadas en escaneos de resonancia magnética, adaptadas a las morfologías de cada paciente. La carcasa resorbible desaparece finalmente, permitiendo que la paciente, gracias a la regeneración de sus propias células, tenga un pecho de forma natural. El foco del proyecto MAT(T)ISSE está en aplicaciones para implantes mamarios, aunque los científicos también exploran otros posibles usos en reconstrucción (cirugía terapéutica y estética), ya que el modelo desarrollado en este proyecto podría ser transferido a otras partes del cuerpo (cara, rostro, etc.).

Nuevas posibilidades de comunicación para implantes

Debido a que los implantes se vuelven cada vez más “inteligentes”, la comunicación con ellos adquiere también mayor importancia. Un nuevo enfoque en este sentido fue presentado por el Prof. Niels Benson de la Universidad de Duisburg-Essen en el foro de innovación COMPAMED. Él fundó la startup airCode para la realización de una comunicación inalámbrica fuera del cuerpo (“Out-of-Body”). “Con nuestras funciones avanzadas de simulación y prueba, podemos diseñar y desarrollar módulos de comunicación óptimos para dispositivos médicos activos de próxima generación u otras aplicaciones de redes corporales inalámbricas (Wireless Body Area Network, WBAN). Esto es incluso posible para aplicaciones Bluetooth in vivo”, explica el investigador el objetivo de la empresa.

Los implantes típicos no permiten interacción directa con el paciente. Las formas tradicionales de comunicación, como los smartphones, no son compatibles con los implantes médicos. Para recibir actualizaciones de estado o interactuar con el implante, se necesita un médico y equipo especializado. La nueva solución de airCode se basa en Bluetooth en la banda ISM (2,4 a 2,48 GHz), donde las pérdidas de campo típicas se reducen mediante una antena implantada. airCode ofrece módulos de antenas propietarios combinados con software de gestión de datos para integración en aplicaciones. “Facilitamos la comunicación incluso en entornos muy desafiantes, como cerca del agua o metales, con un enfoque en la comunicación extrabdominal para aplicaciones médicas. Esto abarca desde frecuencias médicas estándar hasta frecuencias no convencionales como Bluetooth, permitiendo una conexión directa entre su aplicación in vivo y smartphones”, resume el experto Benson.

Sellos de vidrio-metal herméticos, confiables y duraderos

En muchos casos, la utilización de implantes requiere técnicas de ensamblaje y conexión. En estos, las uniones herméticas de materiales son imprescindibles. Hace más de 80 años, la división “Electronic Packaging” del especialista en vidrio Schott desarrolló por primera vez vidrios para sellado hermético con metales. Hoy, la empresa cuenta con un portafolio único de componentes de carcasa herméticos innovadores y polvos de vidrio especiales de alto rendimiento, que adquieren cada vez más importancia en diversos implantes. La unión vidrio-metal presenta muchas ventajas: crea una conexión segura y hermética que no se deteriora con el envejecimiento, a diferencia de los materiales de sellado orgánicos. Los sellos de vidrio-metal se emplean preferentemente cuando se requiere proteger componentes electrónicos o electroquímicos sensibles de forma confiable y a largo plazo.

Todos los materiales se expanden y contraen cuando se exponen a diferentes temperaturas. La tecnología para combinar vidrio y metal requiere escoger el coeficiente de expansión térmica (CET) adecuado del vidrio con los metales utilizados en conductores y pines de contacto eléctrico. Schott fabrica estos conductores eléctricos y carcasas con materiales biocompatibles para dispositivos implantables, que son especialmente confiables y duraderos. Además, “los carcasas de vidrio completo miniaturizadas permiten la próxima generación de implantes médicos activos y baterías”, explicó Julia Hütsch, gerente de productos de electrónica médica en Schott, en su ponencia sobre el futuro prometedor de los envases herméticos y las conexiones vidrio-metal. Entre sus ventajas están el orden de montaje flexible, la aplicabilidad en nivel de chip y oblea, y la buena compatibilidad con recubrimientos y componentes sensibles. La transparencia RF permite la transferencia inalámbrica de energía y datos, y la estructura de vidrio no interfiere en procesos de imagenología médica. Además, estas soluciones destacan por su biocompatibilidad, no requieren aditivos ni adhesivos y son extremadamente herméticas. También son compatibles con aplicaciones cardíacas, pudiendo usarse en marcapasos y neuroestimuladores. ¡Muchos puntos positivos en el creciente mercado de implantes!

Sistema de implantes Brain Interchange – flujo de información directo entre cerebro y computadora

Sobre el desarrollo del sistema Brain Interchange de CorTec informó el Dr. Martin Schüttler, CTO y cofundador de la empresa. “El sistema es capaz de intercambiar información entre biología y tecnología, entre cerebro y computadora. Por eso lo llamamos CorTec Brain Interchange. Con nuestro sistema, proporcionamos las herramientas tecnológicas necesarias para el desarrollo de nuevas terapias y aplicaciones de interfaces cerebro-ordenador”, explica Schüttler. Las enfermedades cerebrales son muy frecuentes y, por tanto, no solo representan un factor de sufrimiento, sino también un aspecto muy relevante desde el punto de vista económico. Entre ellas, ansiedad, migrañas, depresiones, demencia, epilepsia, accidentes cerebrovasculares, Parkinson, esclerosis múltiple y tumores cerebrales. Los costos totales de tratamiento de estas enfermedades en Europa alcanzan aproximadamente 480 mil millones de euros al año. Un amplio espectro de trastornos cerebrales puede potencialmente tratarse con el sistema Brain Interchange, en el que los implantes de neuromodulación ya son una tecnología consolidada. Se estima que el mercado de neuromodulación cerebral profunda alcanzará los 770 millones de dólares en 2023.

Recientemente, la FDA de EE. UU. otorgó una autorización de excepción para dispositivos en investigación (Investigational Device Exemption) a la Universidad de Washington para usar el sistema de implantes Brain Interchange en estudios clínicos. En estos, se investiga un novedoso tratamiento de rehabilitación para accidentes cerebrovasculares, que utiliza estimulación cortical para mejorar la plasticidad cerebral. Con la aprobación del sistema para uso en humanos, CorTec está listo para apoyar a clínicos y grupos de investigación con su avanzada tecnología de implantes en la exploración de nuevas opciones de tratamiento para enfermedades neurológicas. El Dr. Oliver Baertl, CEO de CorTec, añade: “Estamos muy satisfechos con la respuesta de la FDA. Este fue un primer paso importante para que CorTec apoye la investigación clínica en el campo en rápido crecimiento de la neuromodulación y las interfaces cerebro-ordenador. Esperamos muchos más estudios con nuestro sistema. La primera aplicación en humanos será un hito para nuestra tecnología y nuestra empresa.”

Polímeros médicos para implantes neuronales inteligentes

La funcionalidad y seguridad de muchos implantes diferentes han alcanzado un punto en el que los dispositivos pueden permanecer en el cuerpo durante décadas. Fraunhofer IZM cuenta con una larga historia en impulsar la introducción de dispositivos implantados en la atención médica estándar. Entre sus avances pioneros están los chip-scale packages para marcapasos, sistemas de control de bombas de quimioterapia implantables, conjuntos para implantes de retina y interfaces cerebrales inalámbricas conectadas directamente a la corteza cerebral. Las competencias del Fraunhofer IZM abarcan desde la selección de materiales y la miniaturización hasta pruebas de fiabilidad y evaluación de riesgos a nivel técnico y biológico. La colaboración con empresas líderes y centros de investigación a nivel mundial es constante. Gracias a la tecnología biocompatible para interfaces neuronales activas, la electrónica estimuladora puede integrarse en sustratos de poliuretano suaves y biocompatibles, y mediante electrodos de oro, estimular nervios periféricos. Los implantes neuronales requieren una variedad de componentes para funcionar como sistemas cerrados de forma duradera. La fabricación de estos componentes es desafiante debido a los sustratos flexibles y los altos estándares de fiabilidad y seguridad para implantes. El grupo de trabajo en tecnologías de bioelectrónica del IZM desarrolla plataformas flexibles para integrar y conectar diferentes componentes en sustratos de polímeros blandos. Técnicas de flip-chip y embebido se emplean para integrar componentes fijos, como circuitos delgados o transductores ultrasónicos. Las conexiones metálicas entre componentes integrados en tejidos y electrodos se realizan mediante sputtering, galvanoplastia y plasma. Con técnicas de litografía innovadoras, los sistemas pueden ser altamente miniaturizados y desarrollados con precisión. En su ponencia en el foro de innovación, la Prof. Vasiliki Giagka presentó los resultados más recientes de un estudio acelerado de un año in vitro e in vivo en el área de recubrimientos conformes para interfaces neuronales activas. “Hemos investigado especialmente el papel del silicona y las capas de pasivación estándar de circuitos integrados como barreras a líquidos biológicos para implantes de chips individuales”, explica Giagka.

Los implantes han sido desde hace tiempo “repuestos” indispensables para el cuerpo humano. Su desarrollo avanza rápidamente y abarca cada vez más áreas. El foro de innovación COMPEMED lo demostró claramente. Quien desee conocer más allá del campo de los implantes y explorar toda la gama de soluciones del sector de la tecnología médica, encontrará en COMPAMED 2024 (del 11 al 14 de noviembre) en los pabellones 8a y 8b de Düsseldorf, la oportunidad perfecta. En cinco mundos de experiencia, las empresas expositoras presentarán una gran variedad de soluciones de alta tecnología y servicios. Estos mundos son: Manufacturing & Devices (componentes, piezas, procesos de fabricación), Services & Advice (investigación, desarrollo, servicios), Materials (plásticos, vidrio, cerámica, metales, composites, adhesivos, envases), Micro Tech (microcomponentes, microfluídica) y IT in Tech (desarrollo y mantenimiento de software para tecnología médica).