Modelos de patología 3D: Una nueva perspectiva para comprender las enfermedades

Contenido
El estudio de las enfermedades a todos los niveles, desde las células hasta los sistemas completos, es crucial para un diagnóstico preciso y una investigación médica eficaz. Sin embargo, las visualizaciones patológicas tradicionales sólo ofrecen una vista plana, en un solo plano, que a menudo pasa por alto toda la complejidad de los sistemas biológicos. En este artículo, exploramos cómo los modelos patológicos en 3D superan las limitaciones de las imágenes en 2D e impulsan avances en el sector sanitario.
¿Qué es un modelo patológico en 3D?

Los modelos patológicos 3D son representaciones médicas avanzadas que permiten a investigadores y profesionales estudiar enfermedades y trastornos en tres dimensiones. Este enfoque ofrece una visión más completa y realista en comparación con las imágenes tradicionales en 2D.
Estos modelos captan la complejidad de los sistemas biológicos, incluidas las relaciones espaciales entre células, tejidos y estructuras. Esta perspectiva más amplia permite comprender mejor los mecanismos de las enfermedades y sus posibles tratamientos.
Existen diferentes tipos de modelos patológicos, cada uno de los cuales sirve para casos de uso específicos:
Modelos digitales en 3D: Representaciones virtuales tridimensionales de tejidos, órganos o sistemas creadas con técnicas avanzadas de imagen y reconstrucción computacional. Estos Modelos patológicos en 3D ofrecen una visión detallada de los daños causados por las enfermedades.
Una de las principales ventajas de estos modelos es su versatilidad. Pueden convertirse en vídeos educativos y animaciones 3D para demostrar la progresión de la enfermedad o los efectos del tratamiento, o utilizarse en entornos AR/VR (aunque esto aún no es una práctica estándar y requiere hardware/software y formación específicos). Sin embargo, la calidad de un modelo 3D depende directamente de la resolución de los datos de imagen de origen utilizados para la creación del modelo.
VOKA 3D Anatomía y Patología ofrece la experiencia más completa para explorar modelos digitales en 3D. Sus modelos anatómicos y patológicos de alta calidad pueden integrarse fácilmente en la formación médica, el diagnóstico y la planificación de tratamientos.Modelos 3D in vitro: Cultivos de laboratorio que imitan células y tejidos humanos reales. Algunos ejemplos son organoidesestructuras similares a órganos cultivadas a partir de células madre (por ejemplo, organoides hepáticos u organoides cerebrales), y esferoides, grupos compactos de células que pueden simular tumores o tejidos afectados.
Es importante señalar que, aunque valiosos, estos modelos son representaciones simplificadas y pueden no reproducir totalmente el complejo entorno in vivo, como las interacciones célula-célula y célula-matriz, la vascularización y las respuestas inmunitarias. Modelos digitalesa su vez, son lo suficientemente flexibles como para simular una amplia variedad de estructuras, desde órganos enteros hasta células individuales e incluso componentes subcelulares.Modelos impresos en 3D: réplicas físicas de tejidos y órganos creadas mediante la Tecnología de impresión 3D. Los modelos digitales en 3D sirven como planos que guían el proceso de impresión. Modelos no biológicos impresos en 3Dfabricados con materiales como el plástico o la resina, se utilizan ampliamente en la educación médica, la comunicación con el paciente y la investigación. Estos modelos ayudan a explicar anatomías complejas, simular procedimientos quirúrgicos y probar dispositivos médicos en entornos de I+D.
Modelos bioimpresosPor otro lado, se utilizan biotintas que contienen células vivas para crear estructuras funcionales similares a tejidos. Se utilizan principalmente en la investigación médica avanzada para probar la respuesta de los fármacos, estudiar los mecanismos de las enfermedades o explorar la medicina regenerativa. Algunos de los retos de la bioimpresión 3D son lograr una alta resolución para microestructuras complejas y vascularizar con éxito tejidos de mayor tamaño.
Limitaciones de las imágenes 2D en la visualización de patologías

Aunque las imágenes 2D tradicionales siguen siendo un patrón oro para muchos fines diagnósticos, sobre todo a nivel celular, los casos más complejos requieren una mayor profundidad dimensional. He aquí algunas limitaciones del enfoque 2D:
Pérdida de contexto espacial
Dado que las imágenes 2D sólo ofrecen una vista plana, es difícil ver las verdaderas relaciones espaciales entre células, tejidos y órganos. En términos de investigación patológica, esta limitación puede ocultar cómo progresan las enfermedades, cómo interactúan las células afectadas o cómo influyen las anomalías estructurales en los tejidos circundantes.
Un claro ejemplo de esta limitación es el estudio de la matriz extracelular (MEC), un componente esencial de los tejidos que proporciona soporte físico y bioquímico a las células. En imágenes 2D, la MEC parece excesivamente simple, lo que oculta su compleja red. Dado que la MEC influye en procesos como la migración celular, la adhesión y la reparación tisular, la omisión de estos detalles espaciales puede limitar nuestra comprensión de enfermedades como el cáncer.
Representación limitada de estructuras complejas
Vistas en 2D, estructuras biológicas como vasos sanguíneos, tumores y redes neuronales pierden su verdadera forma y complejidad. Por ejemplo, los tumores suelen crecer siguiendo patrones impredecibles e irregulares a medida que se extienden por los tejidos cercanos y crean intrincadas conexiones con los vasos sanguíneos. Una sola imagen 2D sólo capta un lado de esta estructura. Por tanto, una visión limitada dificulta la comprensión completa de la forma exacta del tumor y de su grado de diseminación.
Para médicos e investigadores, evaluar el patrón de crecimiento y la extensión de un tumor requiere múltiples imágenes en 2D, lo que resulta menos eficaz y completo que una representación en 3D.
Simplificación excesiva de la heterogeneidad de los tejidos
Los tejidos patológicos son muy heterogéneos: comprenden diferentes tipos de células, estructuras y microentornos. Sin embargo, cuando se analizan mediante imágenes 2D, esta complejidad se simplifica en exceso. Como resultado, los médicos pueden encontrarse con una representación inexacta del comportamiento del tejido.
Volviendo a hablar de tumores, estas patologías pueden contener regiones con división celular activa, áreas de células muertas y zonas con crecimiento denso de vasos sanguíneos. En una imagen 2D, estas diversas regiones pueden pasarse por alto o malinterpretarse fácilmente, ya que no es visible la imagen completa de la heterogeneidad del tumor. Esto puede afectar a decisiones clínicas y de investigación críticas, como determinar la agresividad de un tumor o su posible respuesta al tratamiento.
Cómo los modelos patológicos en 3D mejoran la comprensión de las enfermedades
Los modelos patológicos en 3D ofrecen a investigadores y profesionales una comprensión más detallada de las enfermedades. He aquí cómo estos modelos están cambiando nuestra forma de estudiar y comprender las patologías:
Mejor visualización de los tejidos y órganos afectados

Los modelos patológicos en 3D nos permiten explorar los sistemas dañados desde múltiples ángulos y capas. A diferencia de los métodos tradicionales en 2D, ofrecen una imagen completa, lo que facilita la comprensión del impacto de diversas enfermedades.
Tomemos como ejemplo el estudio de las enfermedades cardiovasculares.
Con los modelos digitales en 3D, como los de VOKA 3D Anatomy and Pathology, los profesionales sanitarios y los estudiantes pueden visualizar el flujo sanguíneo a través de los vasos e identificar los efectos de las obstrucciones. Por ejemplo, un modelo de patología en 3D puede demostrar cómo una estenosis (estrechamiento) específica en una arteria coronaria afecta al flujo sanguíneo a una región concreta del músculo cardiaco.
Los modelos in vitro pueden simular la formación de placas, lo que permite a los investigadores estudiar la dinámica de su desarrollo y su repercusión en el funcionamiento de los vasos. En concreto, los investigadores pueden observar cómo las diferentes tensiones de cizallamiento dentro del vaso afectan a la formación y estabilidad de la placa.
Además, la impresión 3D puede crear réplicas físicas de válvulas cardiacas dañadas, que los cirujanos pueden utilizar para practicar reparaciones y planificar abordajes quirúrgicos individualizados.
Estudio simplificado de las interacciones célula-ECM

La matriz extracelular (MEC) no es un mero andamiaje estructural, sino que influye activamente en el comportamiento celular. Entender las interacciones célula-ECM es crucial para comprender los mecanismos de reparación de tejidos, la progresión de enfermedades (como la metástasis del cáncer) y el desarrollo de terapias dirigidas. Los métodos 2D simplifican en exceso esta dinámica y dificultan una investigación eficaz.
En cambio, los modelos patológicos en 3D crean entornos tridimensionales realistas en los que los investigadores pueden observar y manipular factores clave como la rigidez de la matriz, la densidad de ligandos y la porosidad. Por ejemplo, un modelo 3D de un tumor puede revelar cómo los cambios en la rigidez de la MEC influyen en la migración y la invasión de las células cancerosas. Al reproducir las condiciones in vivo, los modelos 3D proporcionan una plataforma más precisa para estudiar estas interacciones cruciales.
Simulaciones dinámicas de la dinámica y el comportamiento de las enfermedades
Los modelos 3D pueden simular la progresión de la enfermedad en un entorno controlado, revelando etapas críticas que podrían pasar desapercibidas en imágenes estáticas. Algunos ejemplos son:
Crecimiento tumoral y metástasis: modelos digitales en 3D para crear Animaciones 3D del crecimiento tumoral, visualizando cómo proliferan las células cancerosas, invaden los tejidos circundantes y pueden metastatizar en lugares distantes. Estas simulaciones pueden incluir datos de escáneres de pacientes para crear modelos personalizados del desarrollo tumoral. Los modelos tumorales 3D in vitro pueden utilizarse para estudiar en tiempo real los efectos de distintos fármacos o terapias sobre el crecimiento y la invasión tumoral.
Propagación de enfermedades infecciosas: Los modelos 3D pueden simular la propagación de infecciones, mostrando cómo interactúan los patógenos con los tejidos del huésped y el sistema inmunitario. Esto puede ayudar a los investigadores a comprender la dinámica de la infección y desarrollar estrategias para controlar su propagación.
Pruebas de respuesta a drogas
Los modelos digitales en 3D ofrecen una forma infalible de probar cómo interactúan los fármacos con los tejidos en un entorno realista.
Pueden utilizarse para crear visualizaciones de la difusión, absorción y resistencia de los fármacos en los tejidos. Por ejemplo, puede utilizarse un modelo 3D del hígado para simular cómo se metaboliza y distribuye un fármaco por el órgano.
Los modelos 3D in vitro permiten a los investigadores observar en tiempo real las respuestas celulares a los fármacos, como los efectos de la quimioterapia en las células cancerosas o el impacto de un nuevo medicamento en los tejidos sanos. Estos modelos pueden ayudar a optimizar las dosis y las combinaciones de fármacos para conseguir tratamientos más seguros y eficaces.
Aplicaciones reales de los modelos patológicos en 3D en el ámbito médico

Los modelos de patología en 3D tienen una amplia gama de aplicaciones en todos los campos de la medicina y aportan nuevos conocimientos que antes estaban fuera de nuestro alcance. He aquí algunos ejemplos reales de cómo los distintos tipos de modelos patológicos en 3D marcan la diferencia:
Enfermedades oncológicas
Los modelos 3D han hecho avanzar considerablemente el diagnóstico del cáncer. A estudio publicado en JAMA Network Open destaca el uso de modelos médicos 3D en oncología, concretamente en la planificación de la prostatectomía radical laparoscópica asistida por robot (RALRP) para pacientes con cáncer de próstata.
Estos modelos digitales se crearon utilizando datos de imágenes preoperatorias, como la resonancia magnética. Como resultado, los especialistas pudieron crear representaciones tridimensionales muy detalladas y precisas de la próstata, los tejidos circundantes y el propio tumor.
Con estos modelos 3D, los cirujanos podían visualizar mejor las relaciones espaciales entre el tumor y estructuras críticas como nervios y vasos sanguíneos. Los modelos eran incluso accesibles a través de una aplicación móvil en los teléfonos inteligentes de los cirujanos, que podían consultarlos antes y durante la cirugía.
Trastornos neurológicos
Una de las aplicaciones más prometedoras de los modelos 3D es el estudio de patologías como el autismo, la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson (EP). Según el Revista de investigación en ciencias biomédicasLos organoides cerebrales tridimensionales in vitro pueden ser herramientas revolucionarias para comprender y tratar trastornos neurológicos. Estos organoides se obtuvieron a partir de células madre pluripotentes inducidas humanas (hiPSC) y se diseñaron para imitar la estructura y función del cerebro humano.
Los modelos in vitro han permitido a los investigadores observar cómo las anomalías en el desarrollo cerebral contribuyen a los trastornos neurológicos. También han servido de plataforma para probar posibles terapias, permitiendo a los científicos evaluar los efectos de los fármacos en un entorno controlado.
Enfermedades cardiovasculares
Los modelos patológicos en 3D se utilizan ampliamente en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades cardiovasculares complejas. Dichos modelos se crean utilizando técnicas de imagen como la tomografía computarizada y la resonancia magnética, que luego se transforman en modelos digitales 3D específicos para cada paciente y posteriormente se imprimen. A estudio de Micromachines explica cómo los modelos 3D proporcionaron a los cirujanos una representación exacta de la anatomía del corazón del paciente, incluidos defectos, vasos sanguíneos y anomalías estructurales.
Una aplicación destacada que se detalla en el estudio es el uso de modelos cardíacos impresos en 3D para planificar intervenciones como la sustitución de la válvula aórtica y la reparación de defectos cardíacos congénitos. Estos modelos permiten a los cirujanos visualizar y simular la intervención antes de entrar en el quirófano, lo que reduce los riesgos quirúrgicos y mejora los resultados. La naturaleza táctil de los modelos impresos en 3D hace que el proceso de tratamiento sea más personalizado.
Enfermedades infecciosas
Los modelos 3D han demostrado un gran potencial para mejorar la precisión diagnóstica y la atención al paciente en el tratamiento de enfermedades infecciosas. Según BMJ Case ReportsDurante las primeras fases de la pandemia de COVID-19, los médicos utilizaron reconstrucciones tridimensionales de tomografías computarizadas pulmonares para comprender mejor el alcance y la distribución del daño pulmonar causado por el virus. Estos modelos 3D proporcionaron una visualización detallada de las zonas infectadas, lo que permitió medir con precisión la progresión y la gravedad de la enfermedad, incluso en casos en los que los métodos de diagnóstico tradicionales, como la RT-PCR, no eran concluyentes.
Los profesionales sanitarios pudieron adaptar intervenciones como la oxigenoterapia o los ajustes del ventilador a las necesidades específicas de cada paciente visualizando las regiones exactas del pulmón afectadas por la COVID-19. Además, los modelos patológicos en 3D se utilizaron para la educación y la comunicación con los pacientes, ayudándoles a comprender la gravedad de la enfermedad y los planes de tratamiento propuestos.
Lea nuestros nuevos estudios de casos
Conclusión
Los modelos patológicos en 3D han cambiado la forma en que los profesionales médicos estudian, diagnostican y tratan las enfermedades. Desde la oncología hasta las enfermedades infecciosas, los modelos 3D han demostrado ser herramientas versátiles que mejoran la investigación médica y los resultados clínicos.
Soluciones innovadoras como VOKA 3D Anatomy and Pathology continúan este enfoque proporcionando modelos de patología listos para usar para profesionales médicos y educadores. Además, el equipo de VOKA puede desarrollar modelos de patología en 3D personalizados y adaptados a las condiciones de cada paciente si necesita imágenes específicas para la formación o la comunicación con el paciente. Con herramientas como estas, las posibilidades de mejorar la asistencia sanitaria son infinitas.
Contenido
Gracias por su comentario.
Tu comentario ha sido enviado a moderación y se publicará en breve. Le enviaremos un correo electrónico cuando esté disponible.