DESARROLLO DE MEDICAMENTOS PARA LA OSTEOARTRITIS Y LA ARTRITIS REUMATOIDE

Los científicos del Departamento de Medicina Comparada, David Zakur y Edwin Berryman, prueban tratamientos preclínicos para la artritis con un escáner Micro CT. Este escáner les permite tomar imágenes 3D de alta resolución de muestras óseas de ratas.

La artritis es una enfermedad de la articulación que afecta principalmente al cartílago y al hueso subyacente. Para estos estudios, se utiliza una muestra de 1,5 cm de longitud de la tibia proximal, uno de los huesos que componen la articulación de la rodilla. Su objetivo es estudiar el cartílago articular y el hueso subyacente de la articulación. Al examinar el cartílago a una alta resolución (10 micrómetros), pueden comparar los efectos de un tratamiento experimental en un conjunto de muestras frente a las de los grupos de control y a las de los tratamientos contra la artritis existentes.

El problema es que el proceso de exploración es laborioso. Se toma una imagen preliminar de exploración a baja resolución para asegurarse de que la muestra está orientada correctamente, lo cual es fundamental. A continuación, la muestra se escanea a alta resolución, se sumerge en el agente de contraste Hexabrix y se vuelve a escanear en alta resolución. El primer escaneo permite recoger y recopilar datos sobre el hueso, mientras que el tinte y el segundo escaneo sirven para examinar el cartílago.

Para cada escaneo, la muestra tiene que estar en la misma posición exacta; de lo contrario, los datos de las imágenes son inutilizables. Para desarrollar tratamientos nuevos y eficaces que puedan competir en el mercado, hay que asegurarse de que los métodos de prueba sean innovadores. Como esta prueba es tan específica, no existía un soporte para estas muestras específicas. La subcontratación de un prototipo podía costar de dos a tres mil dólares.

Como su presupuesto era limitado, los científicos crearon inicialmente su propio soporte en el laboratorio a partir de un tubo cónico y una pipeta de transferencia. Ese soporte y la muestra se introducían en el tubo de escaneo que encajaba en un carrusel dentro del escáner. El soporte tenía una tasa de fallos del 40%, lo que les obligaba a volver a escanear las imágenes con frecuencia, lo que suponía una pérdida de tiempo y mucha frustración.

ACELERAR LA INVESTIGACIÓN E INNOVACIÓN CON IMPRESORAS 3D

La respuesta estaba en el Laboratorio de Toxicología del Desarrollo y la Reproducción con el científico Tim Winton, que trabajaba en proyectos con una impresora 3D MakerBot Replicator +, Zakur y Berryman le preguntaron si Winton podía diseñar e imprimir en 3D un soporte para huesos.

Su reto fue diseñar un soporte que pudiera sostener el hueso en la orientación correcta y acomodar todas las muestras óseas, que difieren ligeramente de un animal a otro. Además, las muestras colocadas en Hexabrix no pueden secarse. Si lo hacen, la imagen será inutilizable porque el cartílago no puede ser «visto» por el escáner. Para mantener la humedad necesaria, se añade una pequeña cantidad de solución salina al tubo que se introduce en el escáner. Winton tenía que diseñar un soporte lo suficientemente denso para que no flotara; tampoco podía ser de metal, ya que las exploraciones se realizan con rayos X. Después de algunos intentos lo consiguió con el software AutoDesk 123D Design y su impresora 3D.

“La consistencia de la Replicator se puso de manifiesto al ofrecer duplicados exactos de los soportes de una impresión a otra. En particular, las muescas del soporte donde se coloca el hueso deben ser exactas y reproducibles en todas las impresiones y la Replicator proporcionó resultados excelentes». Winton

El nuevo soporte permitió a Zakur y Berryman agilizar todo el proceso de escaneo de muestras y organizar las imágenes. El constante escaneo y re-escaneo les obligaba a pasar cantidades exorbitantes de tiempo examinando entre 500 imágenes para encontrar 100 que fueran utilizables. El nuevo soporte redujo el tiempo de escaneado en una hora, lo que también se tradujo en mucho menos tiempo para seleccionar imágenes después.

Con este eficiente proceso, estos soportes también han permitido a los científicos ahorrar dinero al coger sólo las imágenes que necesitan. También en términos de coste, un soporte subcontratado costaría entre dos y tres mil dólares. En cambio, Pfizer podría iterar sobre un diseño y luego crear muchos soportes a bajo coste, gastando la misma cantidad en una impresora 3D MakerBot y filamento PLA.

Esta pequeña innovación ha supuesto miles de horas y decenas de miles de dólares ahorrados en una multitud de estudios.

Según Robert Chapin, investigador principal de Toxicología del Desarrollo y la Reproducción: la impresión 3D permite a todo el mundo un mayor grado de control e influencia sobre su trabajo, animando a la gente a optimizar sus herramientas de trabajo, para que este sea más rápido, más sencillo y mejor.