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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA INGENIERÍA EN DISEÑO INDUSTRIAL Estudio de factibilidad de la implementación de la bioimpresión 3D de piel humana en el Distrito Metropolitano de Quito. Trabajo de titulación modalidad Proyecto de investigación, previo a la obtención del Título de Ingeniera en Diseño Industrial. Autora: Rodríguez Moya Daniela Alejandra Tutor: Ing. Jorge Mauricio Fuentes Fuentes MSc. Quito, 2019
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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA
INGENIERÍA EN DISEÑO INDUSTRIAL
Estudio de factibilidad de la implementación de la bioimpresión 3D de piel humana en
el Distrito Metropolitano de Quito.
Trabajo de titulación modalidad Proyecto de investigación, previo a la obtención del
Título de Ingeniera en Diseño Industrial.
Autora: Rodríguez Moya Daniela Alejandra
Tutor: Ing. Jorge Mauricio Fuentes Fuentes MSc.
Quito, 2019
ii
DERECHOS DE AUTOR
Yo, Daniela Alejandra Rodríguez Moya en calidad de autora titular de los
derechos morales y patrimoniales del trabajo de titulación ESTUDIO DE
FACTIBILIDAD DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA BIOIMPRESIÓN 3D DE
PIEL HUMANA EN EL DISTRITO METROPOLITANO DE QUITO, modalidad
Proyecto de Investigación, de conformidad con el Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO
DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E
INNOVACIÓN, concedo a favor de la Universidad Central del Ecuador una licencia
gratuita, intransferible y no exclusiva para el uso comercial de la obra, con fines
estrictamente académicos. Conservo a mi favor todos los derechos de autor sobre la
obra, establecidos en la normativa citada.
Así mismo, autorizo a la Universidad Central del Ecuador para que realice la
digitalización y publicación de este trabajo de titulación en el repositorio virtual, de
conformidad a lo dispuesto en el Art. 114 de la Ley Orgánica de Educación Superior.
La autora declara que la obra objeto de la presente autorización es original en
su forma de expresión y no infringe el derecho de autor de terceros, asumiendo la
responsabilidad por cualquier reclamación que pudiera presentarse por causa y
liberando a la Universidad de toda responsabilidad.
…………………………………
Daniela Alejandra Rodríguez Moya
CC: 1751267848
Dirección Electrónica: [email protected]
iii
APROBACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del Trabajo de Titulación, presentado por DANIELA
ALEJANDRA RODRÍGUEZ MOYA, para optar por el grado de Ingeniera en Diseño
Industrial; cuyo título es: ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DE LA
IMPLEMENTACIÓN DE LA BIOIMPRESIÓN 3D DE PIEL HUMANA EN EL
DISTRITO METROPOLITANO DE QUITO, considero que dicho trabajo reúne los
requisitos y méritos suficientes para ser sometido a la presentación pública y evaluación
por parte del tribunal examinador que se designe.
En la ciudad de Quito, 01 del mes de octubre del 2019.
………………..
Ing. Jorge Mauricio Fuentes Fuentes MSc.
DOCENTE – TUTOR
C.I: 1710803949
iv
DEDICATORIA
El presente proyecto se lo dedico principalmente a mis valiosos padres, Narcisa Moya y
Edward Rodríguez, quienes me han apoyado incondicionalmente en este largo camino,
demostrándome su comprensión, amor y paciencia, me han enseñado desde muy pequeña
valores que han ido creciendo y fortaleciendo en cada etapa de mi vida, quienes han sido
mi motor principal para seguir adelante y nunca darme por vencida en conseguir mis
sueños.
A mi abuelita, quien tuvo que partir inesperadamente, pero sé que desde el cielo siempre
bendice a mi familia y a mí como el ángel que es.
A mis hermanos Sofía y Estéfano, quienes han compartido conmigo grandes momentos
de mi vida.
Quiero dedicar también a mi novio, Marco, quien ha sido un apoyo en los momentos
difíciles, por sus palabras de aliento, amor y motivación para seguir adelante.
Y, a mis amigos y profesores que ocupan un lugar en mi corazón, quienes han formado
parte de todo mi crecimiento tanto personal como profesional y han contribuido de
alguna forma para lograr esta meta.
Daniela Alejandra Rodríguez Moya
v
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a mis padres, Narcisa y Edward, por sus sacrificios, su apoyo, ejemplo, por
darnos siempre lo mejor para mis hermanos y para mí, por sus sabios consejos y por ser
unos excelentes padres. A ustedes mi admiración, amor y mi agradecimiento eterno.
A Dios, por bendecirme, por ser esa fe que me inspira a creer en mí y, por permitirme
llegar hasta este momento muy importante para mí.
Un agradecimiento especial a los doctores de la Unidad de Quemados del Hospital
Eugenio Espejo, quienes han sido de gran ayuda para el estudio de este proyecto.
Agradezco también a mi tutor, Ing. Mauricio Fuentes que me ha guiado a lo largo de esta
investigación, por sus extensos conocimientos que han sido de vital ayuda para la
finalización del mismo y, por ser un excelente maestro.
A mi novio, amigos y familiares, quienes con sus palabras de aliento y preocupación me
han demostrado su cariño y amor sincero.
Por último a la Universidad Central del Ecuador, por permitirme ser parte de ella, y
llevar su nombre como símbolo de orgullo al ser una profesional de esta prestigiosa
Institución.
Daniela Alejandra Rodríguez Moya
vi
CONTENIDO
DERECHOS DE AUTOR ................................................................................................. ii
APROBACIÓN DEL TUTOR ......................................................................................... iii
DEDICATORIA ............................................................................................................... iv
AGRADECIMIENTOS .....................................................................................................v
CONTENIDO
LISTA DE TABLAS…………………………………………………………………….x
LISTA DE FIGURAS…………………………………………………………………..xi
LISTA DE ANEXOS………………………………………………………………….xiii
RESUMEN ..................................................................................................................... xiv
ABSTRACT .................................................................................................................... xv
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 1
CAPÍTULO I .................................................................................................................... 3
DEFINICIÓN DEL PROBLEMA .................................................................................... 3
1.1 ANTECEDENTES DEL PROBLEMA...................................................................... 3
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................... 5
1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ....................................................................... 7
1.4 PREGUNTAS DIRECTRICES .................................................................................. 7
1.5 JUSTIFICACIÓN ....................................................................................................... 7
1.6 HIPÓTESIS ................................................................................................................ 8
1.7 OBJETIVOS ............................................................................................................... 9
1.7.1 Objetivo General...................................................................................................... 9
1.7.2 Objetivos Específicos .............................................................................................. 9
CAPÍTULO II ................................................................................................................. 10
MARCO REFERENCIAL.............................................................................................. 10
2.1 ESTADO DEL ARTE .............................................................................................. 10
2.2 MARCO TEÓRICO ................................................................................................. 13
2.2.1 Impresión 3D ......................................................................................................... 13
2.2.2 Bioimpresión 3D.................................................................................................... 14
2.2.3 Técnicas de bioimpresión ...................................................................................... 14
2.2.3.1 Bioimpresión de inyección de tinta ................................................................ 14
2.2.3.2 Bioimpresión por extrusión ............................................................................ 16
2.2.3.3 Bioimpresión asistida por láser:...................................................................... 17
2.2.3.4 Estereolitografía:............................................................................................. 19
vii
2.2.4.5 Bioimpresión por ondas acústicas .................................................................. 20
2.2.4 Equipo científico.................................................................................................... 21
2.2.5 Biotinta .................................................................................................................. 22
2.2.6 Proceso de bioimpresión ........................................................................................ 23
2.2.7 Proceso de bioimpresión 3D de piel ...................................................................... 24
2.2.8 Pigmentación de la piel impresa ............................................................................ 28
2.2.9 Desarrollo de una bioimpresora 3D ....................................................................... 31
2.2.10 Ejemplo de Bioimpresión: Oreja en 3D............................................................... 33
2.2.11 Componentes de una bioimpresora...................................................................... 34
2.2.12 Bioimpresoras convencionales a base de extrusión ............................................. 35
2.2.12.1 Bioimpresoras Alpha y Omega:.................................................................... 35
2.2.12.2 Biobot. .......................................................................................................... 36
2.2.12.3 Inkredible ...................................................................................................... 36
2.2.12.4 Regemat 3D. ................................................................................................. 36
2.2.12.5 3D Bioplotter ................................................................................................ 37
2.2.12.6 NovoGen MMX ............................................................................................ 37
2.2.12.7 nScrypt .......................................................................................................... 37
2.2.13 Bioimpresión de hueso y cartílago ...................................................................... 39
2.2.14 Método Kj o diagrama de afinidad ..................................................................... 39
2.2.15 Viabilidad de un proyecto.................................................................................... 40
2.2.15.1 Valor Actual Neto (VAN) ............................................................................ 40
2.2.15.2 Tasa Interna de Retorno (TIR)...................................................................... 41
2.2.15.3 Retorno de Inversión (ROI) .......................................................................... 41
2.2.16 Takt Time............................................................................................................. 42
2.2.17 Balanceo de línea ................................................................................................. 43
2.4 MARCO ÉTICO Y LEGAL ..................................................................................... 43
2.4.1 Código de Ética UCE............................................................................................. 44
CAPÍTULO III................................................................................................................ 46
METODOLOGÍA ........................................................................................................... 46
3.1 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ....................................................................... 46
3.2 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ........................................................ 47
3.2.1 Investigación de campo ......................................................................................... 47
3.2.2 Enfoque de la investigación ................................................................................... 48
3.3 TRATAMIENTO DE LA INFORMACIÓN............................................................ 48
3.3.1 Población y muestreo............................................................................................. 48
3.3.1.1 Muestreo discrecional o intencionado ............................................................ 50
viii
3.3.1.2 Limitaciones y restricciones de la muestra ..................................................... 50
3.3 TÉCNICAS PARA RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN................................... 50
3.3.1 Técnicas para recolección de datos........................................................................ 50
3.3.1.1 Revisión Bibliográfica .................................................................................... 50
3.3.1.2 Encuestas ........................................................................................................ 51
3.3.1.2 Medición ......................................................................................................... 51
3.3.2 Credibilidad de los datos ....................................................................................... 51
3.4 PROCEDIMIENTO DEL PROYECTO ................................................................... 53
3.4.1 Fase 1: Capacidades: profesionales nacionales y de seguridad ............................. 54
3.4.1.1 Capacidades profesionales nacionales ............................................................ 54
3.4.1.2 Capacidades de seguridad ............................................................................... 54
3.4.2 Fase 2: Necesidades de la bioimpresión 3D de piel humana ................................. 54
3.4.2.1 Estudio de mercado......................................................................................... 55
3.4.2.2 Estudio técnico................................................................................................ 56
3.4.2.3 Planificación de Recursos Humanos .............................................................. 57
3.4.3 Fase 3: Rentabilidad económica de piel humana impresa en 3D para su
implementación............................................................................................................... 57
3.4.3.1 Estudio económico y financiero ..................................................................... 57
3.4.3.2 Evaluación Financiera .................................................................................... 57
CAPÍTULO IV ............................................................................................................... 58
RESULTADOS .............................................................................................................. 58
4.1 RESULTADOS FASE 1: ......................................................................................... 58
4.1.1 Capacidades personales ......................................................................................... 58
4.1.2 Capacidades técnicas ............................................................................................. 60
4.1.2.1 Manejo de bioimpresoras y sus capacidades técnicas ideales: ...................... 60
4.1.2.2 Funcionamiento de una bioimpresora de piel humana ................................... 62
4.1.2.3 Mantenimiento de bioimpresora. .................................................................... 64
4.1.2.4 Especificaciones técnicas de una bioimpresora 3D de piel ............................ 65
4.1.2.5 Software para bioimpresión ............................................................................ 68
4.1.3 Capacidades de seguridad ...................................................................................... 70
4.1.3.1 Esterilización: ................................................................................................. 70
4.1.4 Estadísticas según Senescyt ................................................................................... 71
4.2 RESULTADOS FASE 2: ......................................................................................... 74
4.2.1 Estudio de mercado................................................................................................ 74
4.2.1.1 Resultados e interpretación de las encuestas .................................................. 75
4.2.1.2 Caso de estudio aplicado en un paciente de la Unidad de Quemados ............ 81
ix
4.2.1.3 Análisis de la demanda ................................................................................... 83
4.2.2 Estudio técnico....................................................................................................... 85
4.2.2.1 Ingeniería de procesos .................................................................................... 85
4.2.2.2 Tamaño del proyecto ...................................................................................... 87
4.2.2.3 Layout ............................................................................................................. 92
4.2.2.4 Requerimiento de recursos ............................................................................. 93
4.2.3 Planificación de Recursos Humanos ................................................................... 106
4.2.3.1 Estructura del laboratorio ............................................................................. 106
4.2.3.2 Descripción de actividades ........................................................................... 106
4.2.3.3 Actividades externas al laboratorio .............................................................. 107
4.2.3.4 Sueldos y Ganancias ..................................................................................... 108
4.3 RESULTADOS FASE 3......................................................................................... 109
4.3.1 Estudio Económico y Financiero ......................................................................... 109
4.3.1.1 Inversión total ............................................................................................... 109
4.3.1.1.1 Inversiones ............................................................................................. 109
4.3.1.1.2 Costos variables ..................................................................................... 110
4.3.1.1.3 Costos fijos ............................................................................................ 111
4.3.1.2 Punto de equilibrio.................................................................................... 111
4.3.1.2.1 Precio ..................................................................................................... 114
4.3.1.3 Flujo de fondos ......................................................................................... 114
4.3.2 Evaluación Financiera ......................................................................................... 117
4.3.2.1 Tasa Interna de Retorno (TIR)...................................................................... 117
4.3.2.2 Valor Actual Neto (VAN) ............................................................................ 117
4.3.2.3 Retorno de Inversión (ROI) .......................................................................... 118
CAPÍTULO V............................................................................................................... 119
DISCUSIÓN ................................................................................................................. 119
CONCLUSIONES ........................................................................................................ 122
RECOMENDACIONES............................................................................................... 124
BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................... 125
ANEXOS ...................................................................................................................... 131
x
LISTA DE TABLAS
Tabla 1: Métodos de bioimpresión. ............................................................................... 20
Tabla 2: Parámetros de bioimpresión. ........................................................................... 32
Tabla 3. Estadísticas de pacientes con quemaduras en tres de los principales hospitales
públicos de Quito. ........................................................................................................... 49
Tabla 4. Especificaciones técnicas de bioimpresoras 3D disponibles ........................... 65
Tabla 5. Resumen de las principales ramas según datos de Senescyt. .......................... 72
Tabla 6. Necesidades generadas a partir de injertos de piel y soluciones brindadas
basadas en Bioimpresión 3D de piel humana. ................................................................ 80
Tabla 7. Número de pacientes atendidos ....................................................................... 84
Tabla 8. Proyección de la demanda. .............................................................................. 84
Tabla 9. Datos para el cálculo del Takt Time ................................................................ 89
Tabla 10. Datos para determinar el setup de máquina ................................................... 90
Tabla 11. Recursos necesarios para montar el laboratorio de bioimpresión 3D de piel
humana............................................................................................................................ 94
Tabla 12. Distribución de funciones y espacio de trabajo al personal de laboratorio . 107
Tabla 13. Presupuesto de inversión. ............................................................................ 109
Tabla 14. Costos variables anuales .............................................................................. 110
Tabla 15. Costos fijos anuales ..................................................................................... 111
Tabla 16. Análisis Precio de venta y Margen de Utilidad ........................................... 114
Tabla 17. Flujo de Fondos .......................................................................................... 115
Tabla 18. Evaluación de La TIR .................................................................................. 117
Tabla 19. Evaluación del VAN .................................................................................... 118
xi
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Diagrama esquemático del método de impresión por chorro de tinta
utilizando A) Térmico y B) Actuadores piezoeléctricos. ............................................... 15
Figura 2: Organovo, el primer laboratorio comercial de bioimpresión. ........................ 16
Figura 3: Diagrama esquemático de los métodos comunes de bioimpresión basados en
la extrusión: (A) neumático, (B) accionado por pistón y (C) atornillado método de
dispensación.................................................................................................................... 17
Figura 4: Diagrama esquemático de la bioimpresión asistida por láser. ....................... 18
Figura 5: Poietis desarrolla con ayuda de la bioimpresión folículos pilosos para la
alopecia. .......................................................................................................................... 19
Figura 6: Diagrama esquemático de la estereolitografía mediante proyector de haz.... 19
Figura 7: Tejido bioimpreso por ondas acústicas .......................................................... 20
Figura 8: Primeros modelos de bioimpresoras 3D por BioDan.´ .................................. 22
Figura 9: Jeringas controladas de biotinta ..................................................................... 25
Figura 10: Trozo de piel obtenido con la impresora 3D................................................ 26
Figura 11: Enfoque paso a paso para la bioimpresión de muestras de piel (a través de
biofabricación). ............................................................................................................... 29
Figura 12: Construcciones de piel humana pigmentadas en 3D mediante dos enfoques
distintos. .......................................................................................................................... 30
Figura 13: Impresión 3D complejo de objetos de piel. A) Archivo 3D utilizado para la
impresión de una oreja humana. B, C) Una oreja de tamaño adulto impresa (8 cm)
compuesta de biotinta. .................................................................................................... 34
Figura 14: Componentes de una bioimpresora basada en extrusión ............................. 35
Figura 15: Algunos de los modelos de bioimpresoras a base de extrusión. .................. 38
Figura 16. Funcionamiento de una bioimpresora de piel humana. ............................... 64
Figura 17. Vista frontal de la bioimpresora con sus componentes. ............................... 67
Figura 18. Pre-visualización del objeto en formato .stl ................................................ 68
Figura 19. A la izquierda se tiene la visualización de la trayectoria del código G, en el
medio se encuentra la visualización por capas y, a la derecha la visualización del
mallado interno. .............................................................................................................. 69
xii
Figura 20. Ajustes de parámetros de inyección ............................................................. 69
Figura 21. Cantidad de injertos intervenidos al mes. .................................................... 77
Figura 22. Cantidad de doctores que opinan que debería existir otro método diferente
para trasplante, en lugar del método tradicional de injerto de piel. ................................ 78
Figura 23.Cantidad de cirujanos que han oído hablar de la Bioimpresión 3D de piel
humana............................................................................................................................ 79
Figura 24. Infección de tejidos celulares producido por bacterias en un paciente de sexo
masculino de 60 años de edad. ....................................................................................... 81
Figura 25. Limpieza de la herida. .................................................................................. 81
Figura 26. Extracción de fragmentos de piel sana utilizando el dermatomo. ................ 82
Figura 27. Injerto de piel sana sobre la zona de la herida. ............................................ 82
Figura 28. Cubrimiento y vendaje de la herida del paciente. ........................................ 83
Figura 29. Diagrama de Flujo de Proceso de la producción de piel humana en 3D. ..... 86
Figura 30. Representación gráfica de la distribución de heridas causadas por
quemaduras u otros según la superficie corporal total. ................................................... 89
Figura 31. Gráfica de la operación realizada y su tiempo requerido. Identificación de
los 2 turnos para cumplir con la demanda. ..................................................................... 92
Figura 32. Organigrama del laboratorio ...................................................................... 106
Figura 33. Escala de remuneraciones del sector público. ............................................ 108
Figura 34. Punto de Equilibrio ................................................................................... 113
Figura 35. Retorno de inversión en cada año estudiado .............................................. 118
xiii
LISTA DE ANEXOS
ANEXO 1: TABLAS DEL NÚMERO DE TÍTULOS EN RAMAS A FINES A LA
BIOIMPRESIÓN 3D DE PIEL REGISTRADOS POR AÑO EN EL SENESCYT….131
ANEXO 2: MODELO DE ENCUESTA APLICADA A CIRUJANOS PLÁSTICOS
DEL HOSPITAL EUGENIO ESPEJO………………………………………………..143
ANEXO 3: TABLA GENERAL DE DATOS CUALITATIVOS – RESPUESTAS
COLOCADAS AL AZAR…………………………………………………………….145
ANEXO 4: CATEGORÍAS DE CADA AGRUPACIÓN……………………………147
ANEXO 5: DIAGRAMAS DE AFINIDAD………………………………………….150
ANEXO 6: LAYOUT DE LABORATORIO 3D DE PIEL HUMANA……………..156
ANEXO 7: DETALLE DEL CÁLCULO DE LOS COSTOS.……………………….157
ANEXO 8: TASAS DE DESCUENTO O DE INTERÉS ESTABLECIDAS POR EL
BANCO CENTRAL DEL ECUADOR.………………………………………………161
ANEXO 9: REGISTRO DE VISITAS AL HOSPITAL EUGENIO ESPEJO……….163
xiv
TÍTULO: Estudio de factibilidad de la implementación de la bioimpresión 3D de piel
humana en el Distrito Metropolitano de Quito.
Autora: Rodríguez Moya Daniela Alejandra
Tutor: Ing. Jorge Mauricio Fuentes Fuentes, MSc.
RESUMEN
El presente proyecto consiste en un estudio para determinar la factibilidad de producción
de piel humana mediante la bioimpresión 3D en la ciudad de Quito, basado en estudios
del Hospital de Especialidades Eugenio Espejo (HEEE). El estudio empezó con la
cantidad de profesionales existentes en el país que sean aptos para este método, seguido
de una metodología de factibilidad que consta de cinco etapas: estudio de mercado,
estudio técnico que abarca la capacidad de producción, layout del laboratorio de
bioimpresión y recursos; otras las cinco etapa son planificación de recurso humanos,
estudio económico-financiera y por último la evaluación financiera en donde se obtiene
el resultado final con el que se determina la rentabilidad económica del proyecto.
PALABRAS CLAVE: BIOIMPRESIÓN 3D DE PIEL/ FACTIBILIDAD/
BIOMATERIALES/ BIOIMPRESORA/ CÉLULAS/ TEJIDOS/ BIOIMPRESIÓN/
INJERTOS DE PIEL.
xv
TITLE: Feasibility study of the implementation of 3D bioprinting of human skin in the
Distrito Metropolitano de Quito.
Author: Rodríguez Moya Daniela Alejandra
Tutor: Ing. Jorge Mauricio Fuentes Fuentes, MSc.
ABSTRACT
The present project consists of a study to determine the feasibility of human skin
production through 3D bioprinting in the Quito city, based on studies from the Eugenio
Espejo Specialty Hospital (HEEE). The study began with the number of professionals in
the country that are eligible for this method, followed by a feasibility methodology that
consists of five stages: market research, technical study covering production capacity,
bioprinting laboratory layout and resources; other five stages are human resource
planning, economic-financial study and finally the financial evaluation where the final
result is obtained with which the economic profitability of the project is determined.
KEY WORDS: 3D SKIN BIO-PRINTING / FEASIBILITY / BIOMATERIALS / BIO-
PRINTER / CELLS / TISSUES / BIO-PRINTING / SKIN GRAFT.
1
INTRODUCCIÓN
La bioimpresión 3D de piel humana es una tecnología que se suma a los
avances de la medicina regenerativa, esta metodología surge a partir de aquellas
personas que han sufrido quemaduras, accidentes con desprendimientos de superfic ie
corporal o enfermedades cutáneas, pues reemplaza los injertos de piel tradiciona les
por piel impresa en 3D. Además, proporciona menor peligro de rechazo que los
injertos de piel, que está limitado por el número de donantes.
Aunque esta técnica aún se encuentra en fase de aprobación, existe una gran
expectativa ya que las pruebas realizadas en ratones y cerdos han obtenido resultados
favorables. Además la bioimpresión en general está evolucionando con el tiempo, pues
actualmente tiene aplicaciones en la reconstrucción de huesos y cartílagos,
bioimpresión en 3D de vasos sanguíneos, células madre, entre otras aplicaciones que
con el paso del tiempo los procedimientos se llevarán a cabo de forma rutinaria. Por
otro lado, en Israel se ha impreso el primer corazón del tamaño de un conejo, los
polacos han producido un páncreas 3D para luchar contra la diabetes, todos estos
avances son sin duda una razón para seguir creciendo en el campo de la bioimpres ión.
En la ciudad de Quito, existen tres principales hospitales públicos que cuentan
con Unidad de Quemados: Hospital Carlos Andrade Marín, Hospital Eugenio Espejo
y Baca Ortiz, los mismos que atienden una cantidad significativa de pacientes, y dado
el difícil acceso a los distintos hospitales, este proyecto basa su estudio en el Hospital
de Especialidades Eugenio Espejo, el cual cuenta con 12 pacientes atendidos al mes
en la Unidad de Quemados según la revista “Órgano Oficial de Difusión Científica
Hospital Eugenio Espejo”.
2
Debido a que los cirujanos del hospital practican constantemente injertos de
piel, es importante considerar una nueva alternativa que aporte tanto a los pacientes
como a los cirujanos, sobre todo al tratarse de un avance tecnológico que se encuentra
en auge algunos países del mundo, pues en Ecuador todavía no existen avances e
investigaciones respectos a la impresión de piel en 3D, y se requiere de un anális is
basado en diferentes factores, tales como profesional apto a este tipo de aplicación,
necesidades de la bioimpresión y la rentabilidad económica que generaría esta nueva
tecnología.
Es por ello, que el presente trabajo de investigación busca estudiar la
posibilidad de implementación de la tecnología ya mencionada anteriormente y así
determinar su factibilidad en la ciudad de Quito, con estudios basados en el HEEE
(Hospital de Especialidades Eugenio Espejo).
3
CAPÍTULO I
DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
1.1 ANTECEDENTES DEL PROBLEMA
En la actualidad el desarrollo de la fabricación aditiva ha generado avances
significativos, especialmente en el campo de la medicina, ya que este es un sector que
está en constante crecimiento y por tanto debe ser adaptada a las nuevas tendencias de
la tecnología de impresión 3D.
En un inicio los expertos comenzaron a utilizar la manufactura aditiva con
pequeñas pruebas de prótesis, ahora se habla de un procedimiento más avanzado capaz
de crear estructuras celulares para el desarrollo de órganos impresos en 3D, a dicho
procedimiento se lo denomina bioimpresión 3D, el mismo que no lleva más de 20 años
en el mercado pero ya se considera como el futuro de la medicina. En este estudio se
hablará de la impresión 3D de piel humana específicamente.
En España se creado una piel de dos capas a base de plasma humano para tratar
quemaduras, heridas traumáticas y quirúrgicas en un gran número de pacientes. Las
limitaciones de este proceso son los altos costes de producción, la necesidad de
personal especializado, y el tiempo requerido para producir la superficie necesaria para
cubrir una extensa quemadura o herida grande y, especialmente no cubre la demanda
de pacientes en un tiempo prudente. Todos estos aspectos han dado lugar a una
creciente necesidad de desarrollar nuevos métodos que ofrecen automatizac ión,
estandarización y reducción del tiempo y costos de producción (Cubo, García, Cañiz,
Velasco, & Jorcano, 2016).
4
Por tal motivo surge la bioimpresión 3D como una herramienta en la medicina
regenerativa y proporciona una plataforma para abordar estos problemas convertidos
en necesidades, creando la posibilidad de la construir tejidos artificiales u órganos
mediante la impresión de células, gracias a biomateriales que manejan un patrón de
alta precisión con la ayuda de robots cartesianos (Cubo, García, Cañiz, Velasco, &
Jorcano, 2016).
En 2010 llegó Organovo, el primer laboratorio comercial relacionado con la
industria, desde que iniciaron en el mercado esta compañía empezó a trabajar con
Invetech, una empresa de desarrollo de productos centrados en el ser humano, para
desarrollar una de las primeras bioimpresoras (NovoGen MMX). Desde ese año,
Organovo se ha posicionado como líder de la industria (3D NATIVES, 2017).
Un grupo de investigadores españoles diseñaron un prototipo de bioimpresora
3D idóneo para producir piel, este equipo tiene la capacidad para ser utilizado en
investigación, experimentar productos cosméticos y posteriormente ser trasplantada a
pacientes. Las investigadores que integraron este trabajo pertenecen a la Univers idad
Carlos III de Madrid, Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y
Tecnológicas (CIEMAT) y del Hospital General Universitario Gregorio Marañón de
Madrid, todos ellos colaboraron con BioDan Group, una empresa especializada en
medicina regenerativa, especialmente en la piel (EFE, 2017).
En la Universidad Carlos III se han realizado estudios de la piel humana
impresa, y se analizó tanto en cultivos 3D in vitro (pruebas que se llevan a cabo en un
laboratorio) como in vivo (se llevan a cabo directamente sobre el paciente) tras el
injerto en ratones atímicos inmunodeficientes (ratones humanizados en piel). Los
5
resultados mostraron que la piel impresa contenía características estructurales y
funcionales, además de una apariencia y consistencia similar a las de la piel humana
normal. También se demostró la capacidad del proceso para imprimir de manera
reproducible grandes áreas de la piel humana, útil para el tratamiento de diversas
patologías cutáneas como quemaduras, úlceras y heridas quirúrgicas (Cubo, García,
Cañiz, Velasco, & Jorcano, 2016).
El antecedente de esta bioimpresora 3D se ha desarrollado también en
contribución con el Centro Comunitario de Sangre y Tejidos de Asturias, quienes a
inicios del año 2000 crearon un sistema in vitro, en donde a partir de una pequeña
biopsia (pequeña muestra de piel) de un paciente, se consigue producir la totalidad de
la piel en tres semanas, este es un procedimiento que en España ya se lleva a cabo en
las Unidades de quemados (EFE, 2017).
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La bioimpresión de piel es un procedimiento enfocado al desarrollo de piel y
tejidos impresos en 3D que posteriormente puedan formar parte del cuerpo humano,
en la que implica adquisición de la imagen, su post procesamiento e impresión 3D.
Así como en España, en Ecuador no existen prácticas y prototipos acerca del
tema, se da un desconocimiento sobre la importancia y tendencias de la bioimpres ión
3D, pues no existen investigaciones acerca de sus necesidades en hospitales, facultades
de medicina y establecimientos a fines.
La problemática se presenta en la reconstrucción de la piel en pacientes con
quemaduras, pues se sabe que la epidermis es la capa que tiene la función de actuar
como una barrera natural del cuerpo contra infecciones y agresiones externas. No
6
obstante, el procedimiento de injerto de piel requiere largos periodos de tiempo para
ser efectiva y producir satisfacción en el paciente, el proceso generalmente consiste en
extraer partes de piel sana de otras zonas del cuerpo para ser ubicadas en las heridas.
Este procedimiento, al aplicar en lesiones grandes de quemadura de II y tercer grado,
podría no ser suficiente para cubrir la herida ya que existe insuficiencia de piel sana
para ser extraída (LA REVISTA EL UNIVERSO, 2016).
El objetivo fundamental de la innovación médica en el Ecuador deber ser el de
preservar y mejorar el estado de salud de la población ecuatoriana, analizando la
posibilidad de realizar el procedimiento de la bioimpresión para piel humana,
analizando su sostenibilidad y rentabilidad económica que podría o no tener el llevar
a cabo dicho procedimiento en el país con base a un estudio en uno de los principa les
hospitales que cuenta con Unidad de Quemados de la ciudad de Quito. Otro aspecto
importante debe ser el contribuir al progreso de las ciencias médicas principalmente
con uso de la tecnología 3D.
En cuanto al presente trabajo, se enfatiza que el aporte como ingeniera en
diseño industrial se enfoca en el conocimiento de impresoras 3D con su
correspondiente investigación de las especificaciones necesarias para el desarrollo de
la bioimpresión en Ecuador. En consecuencia se aclara que los aspectos médicos sobre
células, órganos, quemaduras, consecuencias en la salud del paciente y el estudio del
cóctel biológico (biotinta) se dejan para otros profesionales especializados, por lo que
se reitera que el interés del presente trabajo se centran en los aspectos de diseño,
técnicos de impresoras 3D e ingenieriles para la factibilidad del desarrollo de la
bioimpresión 3D.
7
1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿La producción de piel humana a partir de bioimpresión 3D será posible en la
ciudad de Quito, haciendo énfasis en la inocuidad, ambiente, manipulación, seguridad
y materiales para llevar a cabo el procedimiento en el país?
1.4 PREGUNTAS DIRECTRICES
¿Cómo se puede sustituir los injertos de piel?
¿Qué características debe cumplir la bioimpresora 3D?
¿Qué materiales son aptos para la bioimpresión 3D de piel humana?
¿Cuáles con las técnicas de bioimpresión?
¿La piel impresa en 3D cuenta con los espesores adecuados y se adaptan a los
diferentes tipos de piel?
¿Ecuador cuenta con tecnología y profesionales aptos para llevar a cabo el
procedimiento de bioimpresión?
¿Existen investigaciones sobre la bioimpresión 3D de piel en el país?
1.5 JUSTIFICACIÓN
En la última década la bioimpresión 3D de piel humana ha dado un gran paso
en el campo de la medicina, permitiendo así el futuro desarrollo de estructuras
celulares en un órgano funcional. Además los componentes son los mismos que los
utilizados en la producción de piel a mano, pero con la diferencia que estos
componentes se los adaptada a la impresión 3D con la finalidad de automatizar el
procedimiento, el mismo que se puede llevar a cabo a partir de piel autóloga (utilizada
8
para la parte hospitalaria), creada a partir de las células del propio paciente para usos
terapéuticos como quemaduras graves o enfermedades con pérdida cutánea, y piel
alogénica (usos industriales), creada a partir de células de cualquier persona donante
(EFE, 2017).
Por lo tanto esta investigación servirá para determinar la posibilidad de llevar
a cabo la bioimpresión de piel humana en Quito-Ecuador y reemplazar lo que
comúnmente se conoce como injertos de piel.
Es así que el presente proyecto de investigación propone un estudio de
factibilidad del desarrollo de piel humana impresa en 3D en la ciudad de Quito, y de
esta manera determinar el futuro de esta tecnología para contribuir al estado de salud
de los ecuatorianos, especialmente a los pacientes con quemaduras y heridas cutáneas,
ya que comúnmente se suele retirar pedazos de piel para realizar injertos. De esta forma
la metodología de bioimpresión de piel resulta eficaz debido a que evita el dolor el
dolor y curación de las cicatrices marcadas por la extracción de piel de otras zonas
sanas del cuerpo.
1.6 HIPÓTESIS
En base a la información y datos recopilados durante el estudio de la
bioimpresión 3D de piel humana, se analizará la posibilidad, la sostenibilidad y la
rentabilidad económica que podría o no tener el llevar a cabo este procedimiento en la
ciudad de Quito.
Para obtener datos e información de los injertos de piel, se aplicarán encuestas
o entrevistas a una determinada muestra de cirujanos.
9
Además se analizarán recursos y aspectos como: materiales, equipo de
bioimpresión y costos.
Definición de variables:
Variable Dependiente: costos, cantidad de profesionales requeridos para esta
técnica, capacidades técnicas.
Variable Independiente: hospital, datos de Senescyt, encuestas
1.7 OBJETIVOS
1.7.1 Objetivo General
Demostrar la factibilidad de implementar la bioimpresión 3D de piel humana
para llevar a cabo dicho procedimiento en Quito.
1.7.2 Objetivos Específicos
Determinar las capacidades profesionales a nivel nacional y capacidades de
seguridad para el posible desarrollo de bioimpresión 3D de piel humana en Quito.
Estudiar las necesidades que tiene la bioimpresión 3D de piel humana para
determinar su factibilidad.
Analizar la sostenibilidad y rentabilidad económica de piel humana impresa en
3D para su implementación.
10
CAPÍTULO II
MARCO REFERENCIAL
2.1 ESTADO DEL ARTE
A nivel internacional, investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid y
el Hospital General Universitario en Valencia, España, han creado una bioimpresora
3D que crea piel humana totalmente funcional, esta lo hace en su estructura natural
capa por capa y es adecuada para el trasplante. EL proceso de producción de los tejidos
se puede realizar de dos formas, las cuales se mencionaron anteriormente: La piel
alogénica, aquella que se crea a partir de un cultivo de células a gran escala para
aplicaciones industriales; y la piel autóloga que está formada por células del mismo
paciente para aplicaciones de quemaduras graves de la piel. La bioimpresión 3D de
piel funciona con biotintas que utilizan estos componentes celulares, los mismos que
son la clave para que la piel impresa tenga resultados funcionales y saludables (ASME,
2019).
Como ya se mencionó, para su fabricación en 3D, se usan células del propio
paciente, de tal manera que se eviten los rechazos de piel, estas células se cultivan en
un laboratorio de manera artificial (ECONOMÍA DIGITAL, 2018). La piel impresa
puede ser trasplantada sin riesgo a que el cuerpo reaccione negativamente como lo
haría ante un cuerpo desconocido (Rego, 2018).
Actualmente en el laboratorio de bioingeniería de la Universidad Carlos III se
están realizando pruebas con la impresora 3D y testando la piel. Después de conseguir
piel, los científicos piensan en el desarrollo de vasos sanguíneos y nervios, un paquete
completo de una piel al 100% humana, es decir piel con pelo, pues la que lo que se
11
está produciendo ahora es piel interfolicular (sin pelo) y lo que quieren conseguir es
que el vello crezca naturalmente en la piel (Rego, 2018).
Científicos del Instituto de Tecnología de Manufactura de Singapur y el Centro
de Impresión 3D de Singapur en la Universidad de Tecnología de Nanyang han
producido con éxito piel humana con pigmentación natural, recurriendo a la
bioimpresión para controlar la cantidad y distribución de células de la piel que originan
melanina (ASME, 2019). Los tejidos de piel diseñados ayudan a superar las
limitaciones de los métodos tradicionales de tratamiento de la piel, en términos de
tecnología, tiempo y costo (Vijayavenkataraman, Lu, & Fuh, 2016).
Ahora es una realidad utilizar máquinas automatizadas para diseñar modelos
de piel, algunos investigadores han demostrado el potencial de la bioimpresión de piel
utilizando varias técnicas como inyección de tinta, bioextrusión y basadas en láser
(Pourchet, Thepot, Albouy, Courtial, & Boher, 2017).
La capacidad de diseñar con éxito la piel, independientemente de la técnica de
bioimpresión 3D elegida, depende en gran medida del biomaterial y las células
utilizadas para producirlo. La biocompatibilidad, la biodegradabilidad, la inercia
biológica, la resistencia, la durabilidad y la ductilidad son algunos de los aspectos que
se toman en cuenta al momento de la selección de los biomateriales (Tarassoli, Al-
Sabah, & Gao, 2017).
Investigadores han realizado pruebas para la producción de una oreja, y se
obtuvo en unos cuantos minutos piel impresa con una dermis viable de 5 mm de grosor,
siendo esta la principal ventaja de la técnica. La segunda ventaja es que las células se
esparcen y se distribuyen en un entorno 3D que induce una rápida diferenciación de la
12
dermis, y posteriormente se puede sembrar rápidamente la epidermis (Pourchet,
Thepot, Albouy, Courtial, & Boher, 2017).
El testeo de medicamentos y cosméticos es otra área, donde las pieles diseñadas
son muy necesarias, es una ventaja añadida ya que sería innecesario realizar prácticas
en animales, lo cual es prohibido en diversos países (Rego, 2018).
Actualmente, el desarrollo de la bioimpresión 3D de piel humana se encuentra
en período de aprobación por distintas entidades regulatorias europeas para comprobar
que la piel impresa sea apta para su uso en trasplantes a pacientes con quemaduras y
enfermedades de la piel (Universidad Carlos III de Madrid , 2017). Esta técnica de
bioimpresión ha sido por el momento probada y demostrada solo en animales como
ratones y cerdos, cuyos resultados han sido favorables.
Dada esta gran necesidad, la bioimpresión 3D es una tecnología muy
prometedora que puede lograr una producción rápida y confiable para la sustitución de
los injertos de piel y que satisfacer las necesidades tanto clínicas como industria les,
además que su producción sería en grandes cantidades para cubrir toda la demanda
existente (Vijayavenkataraman, Lu, & Fuh, 2016).
A nivel nacional y local no existen investigaciones acerca de la bioimpres ión
3D de piel humana, pues se ha buscado en Scopus, Science Direct, Google escolar y
en los repositorios de las Universidades del país con las palabras clave: bioimpres ión,
biomateriales, impresión 3D de piel humana, órganos impresos, y no se han encontrado
resultados al respecto.
Sin embargo se ha encontrado que en FabLab Universidad Yachay,
entrepreneurs se han basado en una impresora open source para que ésta imprima
13
biomateriales, para comenzar a fabricar implantes u órganos que se han perdido por
alguna razón (Gallo, 2016). Sin duda estas ideas y esfuerzos por producir la impresión
3D en los quirófanos son algo que absolutamente se debe potencializar en Ecuador.
2.2 MARCO TEÓRICO
2.2.1 Impresión 3D
La manufactura aditiva también conocida como impresión 3D es considerada
una tecnología moderna y de gran evolución. Últimamente ha sido introducida en
diversos proyectos dentro del campo de la medicina, esta introducción ha resultado
beneficiosa en contribuciones para el área de la salud, desde el cultivo de órganos para
trasplante, hasta optimizaciones de tiempo dentro del quirófano, también cabe
mencionar el progreso en la precisión de las herramientas auxiliares manipuladas por
los cirujanos ortopedistas. Sin duda, la medicina ha sido un campo que se ha favorecido
por la introducción de nuevas tecnologías (Ricardez & Zamora, 2016).
Con el tiempo más personas pudieron adquirir esta tecnología gracias a la
reducción de su costo, integrándose así en el modelo de trabajo colaborativo.
Conforme avanzaba la impresión 3D, se produjo un cambio con respecto al
intercambiar información e ideas para transformarse en modelos digitales capaces de
ser replicados físicamente (Ricardez & Zamora, 2016).
Algunas de las aplicaciones médicas más representativas que este modelo de
trabajo colaborativo ha traído, es el desarrollo de prótesis. Gracias a esto, se reconoció
la importancia de introducir personas y áreas nuevas fuera del conocimiento de la
medicina, las mismas que no tenían ningún papel en esta clase de investigaciones o
14
cuya participación no era considerada crucial para el campo (Ricardez & Zamora,
2016).
2.2.2 Bioimpresión 3D
La bioimpresión se conoce como el proceso de creación de estructuras celulares
mediante la utilización de una impresora 3D especializada, este proceso permite que
las células se desarrollen con el futuro en un órgano funcional (3D NATIVES, 2017).
Una vez obtenido el diseño, sigue desarrollar los protocolos de bioprocesos que
se requieren para producir las biotintas, las cuales se utilizarán para construir el tejido,
de esta forma se sustituye a los materiales poliméricos de las impresoras 3D
tradicionales. Los bloques de biotintas son creados capa a capa mediante una
bioimpresora hasta obtener el tejido final a manera de vivero donde crecerá el material
celular. Para lograr la forma tridimensional se utiliza componentes como el hidrogel,
el mismo que sirve de soporte de los tejidos para construir verticalmente la
tridimensionalidad, además estos componentes sirven como material de relleno para
cubrir canales o espacios vacíos que existan dentro de los tejidos (Gómez, 2016).
2.2.3 Técnicas de bioimpresión
2.2.3.1 Bioimpresión de inyección de tinta
Consiste en el método tradicional de impresión por inyección de tinta. En este
proceso se coloca capa a capa el biomaterial sobre un sustrato de hidrogel o placas de
cultivo. En la Figura 1 se observa la clasificación de esta tecnología, y se clasifica en
dos métodos: a) Térmicos; b) Piezoeléctricos (3D NATIVES, 2017).
15
El método de tecnología térmica se maneja bajo un sistema de calefacción que
crea burbujas de aire, estas burbujas se revientan y producen presión para expulsar las
gotas de biotinta. En cambio el método de tecnología piezoeléctrica no maneja calor
para originar la presión que se requiere, sino que utiliza carga eléctrica que se almacena
en un material sólido, es decir en cada boquilla de impresión. Esta tecnología
piezoeléctrica no es recomendada usarla frecuentemente porque puede producir daños
a las células (3D NATIVES, 2017).
En la Figura 2 se aprecia una bioimpresora con jeringas controladas de biotinta
del primer laboratorio de bioimpresión en la Universidad Carlos III de Madrid.
Figura 1: Diagrama esquemático del método de impresión por chorro de tinta utilizando A)
Térmico y B) Actuadores piezoeléctricos.
Fuente: (Derakhshanfar, Xu, Zhang, Zhong, & Xing, 2018)
16
Figura 2: Organovo, el primer laboratorio comercial de bioimpresión.
Fuente: (3D NATIVES, 2017).
2.2.3.2 Bioimpresión por extrusión
Consiste en la extrusión para crear estructuras celulares. Las biotintas que se
utilizan para imprimir son soluciones que se van extruyendo a partir de un movimiento
coordinado de un pistón sometido a presión sobre una base fija. Este proceso se lo
realiza capa por capa hasta completar los patrones y, como resultado se obtiene una
estructura 3D (3D NATIVES, 2017).
En la Figura 3 se puede observar los métodos comunes de esta técnica, como
son: método de dispensación neumático, accionado por pistón y atornillado. En el
primero, la presión del aire provee la fuerza motriz mientras que en la dispensación
accionada por pistón y por tornillo, el desplazamiento mecánico y la rotación son
utilizados para promover un flujo continuo de biomaterial a través de la boquilla
(Derakhshanfar, Xu, Zhang, Zhong, & Xing, 2018).
17
Figura 3: Diagrama esquemático de los métodos comunes de bioimpresión basados en la
extrusión: (A) neumático, (B) accionado por pistón y (C) atornillado método de dispensación.
Fuente: (Derakhshanfar, Xu, Zhang, Zhong, & Xing, 2018).
2.2.3.3 Bioimpresión asistida por láser:
Consiste en utilizar un láser que sirve como fuente de energía para depositar
los biomateriales en una sustancia. Como se observa en la Figura 4, la técnica consta
de tres partes: la primera es una fuente láser, la segunda consiste en una cinta cubierta
con materiales biológicos y la tercera es un receptor.
Los rayos láser impactan sobre la cinta y provoca que los biomateriales líquidos
se evaporen y lleguen al receptor en forma de gotitas. El receptor presenta un
biopolímero que ayuda al crecimiento de las células (3D NATIVES, 2017).
18
Figura 4: Diagrama esquemático de la bioimpresión asistida por láser.
Fuente: (Derakhshanfar, Xu, Zhang, Zhong, & Xing, 2018).
Poietis, el líder francés en bioimpresión y en contribución con L`Oréal, ha
creado un programa de producción capilar. Esta empresa utiliza la técnica de
bioimpresión asistida por láser para depositar células en una geometría específica. Al
trabajar con la marca reconocida de cosméticos, se favorece de su know-how en el
campo de la biología capilar.
Poietis trata de recrear el folículo piloso, lo cual sería una solución eficaz para
lograr el crecimiento del cabello y así beneficiar a muchos hombres y mujeres que
padecen enfermedades capilares como lo es la alopecia (Ver Figura 5) (3D NATIVES,
2017).
19
Figura 5: Poietis desarrolla con ayuda de la bioimpresión folículos pilosos para la alopecia.
Fuente: (3D NATIVES, 2017).
2.2.3.4 Estereolitografía:
Esta tecnología SLA se basa en el estado de solidificación de un fotopolímero
a través de la iluminación. Se puede aplicar en bioimpresión imprimiendo con
hidrogeles sensibles a la luz. La Figura 6 indica los haces de luz que permiten la
fotopolimerización de las capas de polímero sensible a la luz para emplear cualquier
patrón a la biotinta. Esta tecnología todavía está en desarrollo, puesto que presenta
algunas restricciones, como por ejemplo la falta de polímeros biocompatibles y
biodegradables y los efectos nocivos. (3D NATIVES, 2017).
Figura 6: Diagrama esquemático de la estereolitografía mediante proyector de haz
Fuente: (Derakhshanfar, Xu, Zhang, Zhong, & Xing, 2018).
20
2.2.4.5 Bioimpresión por ondas acústicas
Este método se basa en la utilización de pinzas acústicas como se observa en
la Figura 7, este es un dispositivo microfluídico en el cual se pueden manipular células,
y el uso de ondas acústicas. Las ondas se encuentran a lo largo de los tres ejes, en estos
puntos de encuentro las ondas forman un nodo tridimensional y las células individua les
se recogen para crear patrones 2D y luego en 3D (3D NATIVES, 2017).
Figura 7: Tejido bioimpreso por ondas acústicas
Fuente: (3D NATIVES, 2017).
En la Tabla 1, se indica un resumen de los métodos de bioimpresión con las ventajas y
desventajas de cada uno.
Tabla 1: Métodos de bioimpresión.
Método Inyección Extrusión Láser Estereolitografía
Descripción Las fuerzas térmicas,
piezoeléctricas o electromagnéticas expulsan
sucesivas gotas de biotinta sobre un
sustrato.
Fuerzas mecánicas o
neumáticas dispensan biotinta a
través de una boquilla
La biotinta y las células se
suspenden en la parte infer ior de una cinta y,
cuando se vaporizan
mediante un pulso láser, se impulsan a un
sustrato receptor.
Usa la luz digita l para curar biotinta
en una capa por capa
Continúa en la siguiente página
21
Método Inyección Extrusión Láser Estereolitografía
Ventajas
Alta velocidad, disponibilidad,
bajo costo.
Posibilidad de utilizar
biotinta de alta viscosidad e
imprimir alta densidad
celular
Alto grado de precisión y
resolución, capacidad para utilizar enlaces
biológicos de alta viscosidad
e impresión de alta densidad celular.
Alto grado de precisión de
fabricación y bajo tiempo de impresión.
Desventajas Falta de precisión en la colocación y
el tamaño de las gotas, necesidad de un bioink de
baja viscosidad
Distorsión de la estructura
celular.
Requiere mucho tiempo,
alto costo
Uso de luz UV de alta intensidad,
pos procesamiento prolongado, falta
de materia les compatibles.
Efectos en
células
> 85% de
viabilidad celular
Tan solo 40%
de viabilidad.
> 95% de
viabilidad celular
> 90% de
viabilidad celular.
Costo Bajo Medio Alto Medio Fuente: (Bishop E. , Mostafa, Pakvasa, & Mariatis, 2017).
Elaboración: Daniela Rodríguez.
2.2.4 Equipo científico
Los investigadores pioneros que fueron parte de este proyecto pertenecen a la
Universidad Carlos 3M y al CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas,
Medioambientales y Tecnológicas), además han contribuido junto con investigadores
del Hospital Gregorio Marañón y en colaboración con la compañía BioDan Group
(SALUS , 2017).
BioDan es una compañía fundada en el año 2013 con sede en España. Esta
compañía de bioingeniería se especializa en medicina regenerativa principalmente en
piel. Esta empresa se especializa en 3 campos diferentes:
Continuación de la Tabla 1. Métodos de bioimpresión
22
BioDan SkinMed se enfoca en crear piel autóloga, es decir del propio paciente
para usos hospitalario como tratamiento de quemaduras, úlceras y cirugía plástica
(SALUS , 2017).
BioDan Science se centra en la parte de nanotecnología para productos
cosméticos y dermatológicos (SALUS , 2017).
BioDan Print se basa en desarrollar bioimpresoras 3D que tienen la capacidad
de fabricar piel con fines clínicos o estudios pre-clínicos (Ver Figura 8) (SALUS
, 2017).
Figura 8: Primeros modelos de bioimpresoras 3D por BioDan. ́
Fuente: (SALUS , 2017).
2.2.5 Biotinta
La biotinta es el material con el que se produce la piel, esta contiene un cóctel
biológico de células, proteínas y factores de crecimiento, todo este coctel son los
bloques con los que se construye la piel, el cual se reparte por cuatro tubos de colores,
que en otras palabras son jeringuillas gruesas que ubicadas en la parte delantera de la
bioimpresora y cada jeringuilla contiene a una biotinta (Rego, 2018).
La deposición de las biotintas se encuentra patentadas por el Centro de
Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) y bajo la
autorización de BioDan Group, estas biotintas son controladas por un ordenador que
23
da la orden para depositar ordenadamente en una placa Petri, para después ir a una
especie de incubadora a una temperatura de 37 ºC que permite mantener la viabilidad
de las células (TECNOLÓGICO DE MONTERREY, 2017). Los distintos
componentes de las biotintas son los queratinocitos (células de la epidermis) y
fibroblastos (células de la dermis), los dos tipos de células son las principales de la
piel, contiene también un plasma humano que contribuye con el proceso de ensamblaje
de la piel (SALUS , 2017).
2.2.6 Proceso de bioimpresión
El proceso de bioimpresión se da en tres fases diferente. Primero, la fase de
preprocesamiento, en donde incluye todos los detalles de planificación que preceden a
la producción de tejido de bioimpresión, esta fase incluye imágenes (CT (Tomogra fía
computarizada), MRI (Imagen de resonancia magnética), etc.) para analizar la
estructura del tejido objetivo y el software CAD posterior que se utilizará para traducir
los datos de las imágenes en un plano para llevar a cabo la bioimpresión (Bishop E. ,
Mostafa, Pakvasa, & Mariatis, 2017). Los programas de software especializados
(AutoCAD, SOLIDWORKS y CATIA) se encargan de transformar los datos en capas
de sección transversal a una escala apropiada para que la bioimpresora pueda producir
capa a capa. La segunda fase es la de procesamiento, en donde involucra todos los
pasos para la construcción y fabricación del tejido bioimpreso (Bishop E. , Mostafa,
Pakvasa, & Mariatis, 2017).
El método ideal para la bioimpresión es el de extrusión, debido a capacidad de
combinación de materiales (biotinta, andamio y otros aditivos). Finalmente, la fase tres
24
es de postprocesamiento, en la cual involucra todos los pasos que deben ocurrir antes
de que el tejido bioimpreso esté completamente maduro y listo para su uso in vivo
(Bishop E. , Mostafa, Pakvasa, & Mariatis, 2017).
2.2.7 Proceso de bioimpresión 3D de piel
Para la producción en 3D, se usan células del propio paciente/donante mediante
la extracción de una pequeña biopsia, estas células se cultivan en un laboratorio de
manera artificial para conseguir que se multipliquen (EL UNIVERSAL, 2018).
Gracias a la biopsia se evita los rechazos de piel por parte del paciente.
Se conoce que las impresoras comunes utilizan cartuchos de tinta, pero en este
caso, las bioimpresoras de piel utiliza biotintas, que como se explicó anteriormente
contienen un cóctel biológico de células, proteínas y factores de crecimiento.
Estas células se reparten por cuatro jeringas controladas de colores, las mismas
que se ubican en la parte delantera de la bioimpresora, tal y como se muestra en la
Figura 9 (Rego, 2018).
25
Figura 9: Jeringas controladas de biotinta
Fuente: (Rego, 2018).
Cada jeringuilla de color contiene a una biotinta. La de color azul contiene
células de la epidermis (queratinocitos), que es la capa externa de la piel; la de color
naranja incluye células de la dermis (fibroplastos), que constituye la capa intermed ia;
la de color amarillo contiene plasma humano y, la de color verde incluye nutrientes
como proteínas, calcio, factores de crecimiento, entre otros que son los que permiten
mantener a las células vivas (Rego, 2018).
La composición exacta de todo este biomaterial es lo que requiere la
bioimpresora para imprimir en 3D la piel humana. Un Programa Informático es el
encargado de enviar las órdenes específicas a la bioimpresora (Rego, 2018).
Como se puede apreciar en la Figura 10, el resultado que se obtiene es una masa
espesa, que tiene apariencia y textura gelatinosa, resulta una réplica de la estructura
natural de la piel que contiene la epidermis (capa externa), su extracto córneo el cual
protege del ambiente exterior y por último la capa más profunda y gruesa que está
26
compuesta por fibroblastos (dermis), los mismos que se encargan de producir el
colágeno para dar la elasticidad y resistencia a la piel (Rego, 2018).
Figura 10: Trozo de piel obtenido con la impresora 3D.
Fuente: (Rego, 2018).
La gran ventaja de las bioimpresoras es que su producción no para y puede
fabricar la cantidad de metros que sean necesarios día y noche.
Para obtener un metro cuadrado de piel (la mitad de la que cubre el cuerpo
humano) se requiere 250.000.000 de células. Este proceso empieza con la extracción
de un pequeño trozo de piel del tamaño de un sello, esto se obtiene gracias a la biopsia
del propio paciente (Rego, 2018).Una vez obtenida la muestra, lo que sigue es extraer
sus células, aproximadamente unas 10.000, y se cultivan en el laboratorio hasta
conseguir su multiplicación y que logren al menos alcanzar las 250.000.000 de células,
ya que es el número necesario para producir un metro cuadrado de piel, y se requiere
el doble (500 y 600 millones) para poder cubrir la totalidad del cuerpo humano. Este
proceso de cultivo y multiplicación de células dura aproximadamente dos o tres
semanas (Rego, 2018).
27
Durante el proceso de cultivo de las células, estas necesitan ser alimentadas
con nutrientes para mantenerlas vivas a cada minuto. La incorporación de nutrientes
en un sistema 3D es compleja, debido a que deben llegar por difusión (proceso en el
que las partículas se introducen en un medio en el que originalmente estaba ausente).
Para este proceso es necesario utilizar una máquina llamada bio-reactor, la misma que
cumple la función de incluir los nutrientes en un líquido, esta máquina introduce
oxígeno y elimina el dióxido carbónico junto con los otros restos de metabolismo de
la célula. Este procedimiento es indispensable desde que empieza el cultivo hasta
implantar en el cuerpo del paciente (Gómez, 2016).
Las células que se han alimentado gracias al bio-reactor, una vez que se han
implantado, tienen que alimentarse en el cuerpo receptor, lo que significa que la sangre
del organismo debe alcanzar a todas las células que vivieron en un ambiente diseñado
para mantenerlas vivas (Gómez, 2016).
Para comprobar resultados y calidad de la piel impresa, los
bioingenieros ubican algunas muestras sobre recipientes planos de cristal, conocidos
como placas Petri, lo que hacen es estirar la piel, la levantan y la colocan sobre una de
sus manos cubiertas con guantes quirúrgicos. Se puede observar en la Figura 10 que
es piel elástica, que no se rompe ni se deforma (Rego, 2018).
El siguiente paso es estirar la piel como una oblea finísima en una especie de
incubadora calentada a 37 grados centígrados, se utiliza esta temperatura ya que es la
temperatura normal del cuerpo humano. Como resultado se obtiene una piel nueva,
creada por una impresora 3D, que podría cubrir un cuerpo entero (Rego, 2018).
28
Otra ventaja de esta piel impresa, es que tiene dos tipos de utilidades, el primero
es la utilidad industrial (piel alogénica), es decir que se utiliza para para el testeo de
productos químicos, farmacéuticos y cosméticos, evitando así el uso de animales, y
por otra parte está el uso hospitalario (piel autóloga) que se utiliza para trasplantar a
los pacientes con quemaduras o enfermedades de la piel tales como úlceras, necrosis
infecciosas, entre otras (Jorcano, 2017).
2.2.8 Pigmentación de la piel impresa
La piel obtenida a partir de la bioimpresora creada en la Universidad Carlos III
por José Luis Jordano y su equipo de investigación, es de un color rosado traslúcido.
Aunque verdaderamente es incolora, el tono rosa es debido al medio de cultivo que se
utiliza. Al momento de implante es de color blanco, pero con el tiempo los
propios melanocitos del paciente encargados de otorgar el color de la
piel, migran hacia la zona de la lesión donde ha se ha realizado el trasplante
(IMPRIMALIA 3D, 2018).
Esta bioimpresora puede ser utilizada tanto para trasplantes urgentes por
quemaduras, accidentes con desprendimientos de piel o enfermedades cutáneas como
en aplicaciones cosméticas para probar nuevos maquillajes en pieles más grasas. En
ambos casos, de cualquier color (IMPRIMALIA 3D, 2018).
Investigadores del Instituto de Tecnología de Fabricación de Singapur
demostraron que la bioimpresión 3D podría usarse para controlar la producción de
melanina en las células de la piel al estar en un sustrato de tejido. Esta experimentac ión
dio lugar a un descubrimiento bastante espectacular: la pigmentación de la piel de tipo
humano (Freier, 2018). Para producir fragmentos de piel pigmentados, los
29
investigadores utilizaron tres tipos diferentes de células de la piel, tales como
melanocitos, queratinocitos y fibroblastos, junto con un método de bioimpresión de
dos pasos denominado caída a pedido tal y como se puede apreciar en la Figura 11
(Scott, 2018).
Wei Long Ng, uno de los investigadores que conforman el Instituto de Sigapur,
afirma que al comparar los fragmentos de piel bioimpresas en 3D con el método de
fundición manual, se encuentra dos diferencias entre ambos enfoques de fabricación,
estas son: la distribución celular en la parte superior de las regiones dérmicas y las
microestructuras dentro de las regiones dérmicas. La estrategia de bioimpresión 3D de
dos pasos da lugar a una igual distribución de celdas impresas de un modo altamente
controlado, en comparación con el segundo enfoque de fundición manual (Scott,
2018).
Figura 11: Enfoque paso a paso para la bioimpresión de muestras de piel (a través de
biofabricación).
Fuente: (Freier, 2018)
30
En la Figura 12 se observa imágenes representativas de fragmentos 3D de piel
humana pigmentadas, fabricadas mediante dos enfoques diferentes. En la imagen
izquierda, la piel humana pigmentada es contruida con una pigmentación cutánea
uniforme, el área pigmentada está encerrada por la línea de puntos marrones. En
cambio, en la imagen de la derecha se observa formas de piel humana pigmentadas
fundidas manualmente con pigmentación desigual y se aprecia una presencia de
manchas pigmentadas oscuras, las mismas que se indican por las flechas negras, el
área pigmentada está señalada por la línea punteada de color marrón, mientras que el
área no pigmentada está encerrada por la línea punteada de color negro; barra de
escala: 2 mm (Long, Tan, Yee, & Naing, 2018).
Figura 12: Construcciones de piel humana pigmentadas en 3D mediante dos enfoques distintos.
Fuente: (Freier, 2018).
31
2.2.9 Desarrollo de una bioimpresora 3D
Para poder controlar los entornos geométricos micro-macro celulares y las
interacciones de las células en 3D, existe una plataforma robótica de bioimpresión que
se basa en la tecnología de fabricación de forma libre. Consiste en ocho canales de
dispensación de células controlados de forma independiente con el fin de colocar con
precisión las células, matriz extracelular (ECM), materiales de andamios y factores de
crecimiento en cualquier patrón 3D definido por el usuario. Los dispensadores son
operados cada uno por válvulas electromecánicas y montadas en una etapa robótica de
tres ejes X, Y, Z y de alta precisión (Lee, Singh, Bjornsson, Xu, & Dai, 2013).
Los materiales líquidos se dispensan por presión neumática durante la fase de
apertura de la compuerta de las micro válvulas (Lee, Singh, Bjornsson, Xu, & Dai,
2013).
Además, el volumen de las gotitas dispensadas (es decir, el tamaño de la gota)
pueden ser controladas mediante el tiempo de apertura de la válvula y la presión del
aire. Los dispensadores sin contacto pueden dispensar células en bajos volúmenes
como 15 nL y con alta precisión, estos son compatibles con varios hidrogeles que se
emplean en ingeniería tisular (Lee, Singh, Bjornsson, Xu, & Dai, 2013). El volumen
de dispensación puede ser ajustado, controlando digitalmente la presión. El
funcionamiento normal permite la dispensación continua con una frecuencia de 1
kilohertzio (kHz), de tal manera que proporciona alto rendimiento en la capacidad de
impresión (Lee, Singh, Bjornsson, Xu, & Dai, 2013).
La resolución de la impresión varía según la viscosidad del material. Para
materiales acuosos (por ejemplo, agua y medios de cultivo celular), la resolución
32
mínima es de 100 mm, y para materiales viscosos (por ejemplo, colágeno y proteínas
de la matriz) es más alta.
La resolución se puede variar sistemáticamente controlando el volumen de las
gotas dispensadas. Una interfaz de software que viene incluido en la máquina y que
además es fácil de usar, facilita la generación de patrones espaciales de los materia les
en 3D con precisión subcelular de tal manera que el producto impreso sea preciso y
adaptable al cuerpo de la persona (Lee, Singh, Bjornsson, Xu, & Dai, 2013).
En la tabla 2, se puede observar los parámetros para un alto rendimiento de
impresión.
Tabla 2: Parámetros de bioimpresión.
Parámetros de impresión El colágeno Suspensión celular
Presión del aire 2.5 a 2.7 psi 1.4 – 1.5 psi
Válvula de tiempo de
apertura (pulso duración)
750 us 750 us
Volumen de la gotita 52.77 +/- 3,81 nL 28,53 +/-3,15 nL
Separación de la gotita
(resolución)
500 um 500 um
Tamaño del patrón 6 mm 4 mm
Concentración / Densidad 3,0 mg / mL 0,5 – 5 millones de células / ml.
Fuente: (Lee, Singh, Bjornsson, Xu, & Dai, 2013).
Elaboración: Daniela Rodríguez.
33
2.2.10 Ejemplo de Bioimpresión: Oreja en 3D
El proceso de bioimpresión y la tinta biológica es el primer paso de una
estrategia de bioimpresión sin andamio, permitiendo la generación de un espesor de
piel completo diseñada a partir de células de la piel de un ser humano (Pourchet,
Thepot, Albouy, Courtial, & Boher, 2017).
La piel impresa de la oreja obtuvo un resultado con una dermis viable y con un
grosor de 5 mm en cuestión de minutos, siendo esta la principal ventaja de la técnica,
así como permitir la fabricación de objetos altamente complejos. La segunda ventaja
se presenta en que las células se esparcen en un entorno 3D que induce una rápida
diferenciación de la dermis, llevando a un tejido rígido en el que se puede colocar
rápidamente la epidermis. Basándose en algunas investigaciones y conocimientos, la
esponja de colágeno es medio idóneo disponible para producir dermis de 5 mm de
grosor con una excelente diferenciación y calidad dérmica sobre la cual se siembran
las células (Pourchet, Thepot, Albouy, Courtial, & Boher, 2017).
El modelo que se ha logrado, se lo puede ampliar más agregando otros tipos de
células de la piel como son: células endoteliales, adipocitos y melanocitos, las cuales
ayudan a recapitular funciones de la piel más complejas dentro del modelo de la piel
bioimpresa (Pourchet, Thepot, Albouy, Courtial, & Boher, 2017). En la Figura 13 se
puede ver el modelo de una oreja de un adulto humano obtenido mediante
bioimpresión 3D.
34
Figura 13: Impresión 3D complejo de objetos de piel. A) Archivo 3D utilizado para la
impresión de una oreja humana. B, C) Una oreja de tamaño adulto impresa (8 cm) compuesta de
biotinta.
Fuente: (Pourchet, Thepot, Albouy, Courtial, & Boher, 2017).
2.2.11 Componentes de una bioimpresora
Un proceso de bioimpresión, se necesita un software de diseño asistido por
computadora (CAD), este permite generar una trayectoria para los sistemas
automatizados de movimiento y dispensación, proporcionando el movimiento a la
bioimpresora en los tres ejes X, Y, Z, y el sistema de dispensación (neumática,
mecánica o de fluidos) se encarga de controlar la deposición precisa del material
biológico. El sistema presentado en la Figura 14 es un sistema de bioimpresión basado
en extrusión, que es la modalidad de bioimpresión más común y apta imprimir piel,
además se indica los componentes de la bioimpresora (Ozbolat, Moncal, & Gudapati,
2016).
35
Figura 14: Componentes de una bioimpresora basada en extrusión
Fuente: (Ozbolat, Moncal, & Gudapati, 2016).
2.2.12 Bioimpresoras convencionales a base de extrusión
2.2.12.1 Bioimpresoras Alpha y Omega:
La bioimpresora Alpha (ver Figura. 15A) posee un cabezal de impresión
basado en extrusión, capaz de bioimprimir con una amplia gama de biomateria les
(Ozbolat, Moncal, & Gudapati, 2016).
Cuenta con un sistema de calentamiento por inducción disponible para
biomateriales termosensibles. La bioimpresora Omega, en cambio, posee
características más amplias ampliadas en comparación con la Alpha. Como se muestra
en la Figura 15B, la bioimpresora Omega posee un cabezal de impresión de doble
extrusor con un sistema de calentamiento de resistencia opcional, permitiendo la
impresión híbrida de construcciones de tejido (Ozbolat, Moncal, & Gudapati, 2016)
Sistema de
movimiento
Cabezal de bioimpresora Sistema de
dispensación
Sistema de control
de movimiento
Máquina de
Software
Software de
diseño
Plataforma de
bioimpresión
Modelo
CAD Segmentación
Generación de trayectoria 1
Trayectoria
combinada Bioimpresión
Campana de
flujo laminar
Bioimpresora
multi-brazo
Generación de trayectoria 2
Unidades
dispensadoras
de fluidos
36
2.2.12.2 Biobot.
Presenta una capacidad de dispensación de boquilla única. La versión más
reciente se muestra en la Figura. 15C, es altamente compacto y ocupa solo un pie
cúbico de espacio. Es practicamente más pequeño que otras bioimpresoras disponib les
en el mercado y cabe perfectamente en una cabina se seguridad biológica estándar
(Ozbolat, Moncal, & Gudapati, 2016).
2.2.12.3 Inkredible
La bioimpresora de la marca Inkredible se muestra en la Figura 15D, y tiene
un cabezal de impresión con dos extrusores para soluciones de hidrogel de
bioimpresión y al igual que la Biobot, cabe perfectamente en una cabina se seguridad
biológica, permitiendo la bioimpresión en condiciones estériles. La empresa también
ha sacado al mercado el modelo Inkredible +, posee una unidad de calentamiento
controlada digitalmente (rango de temperatura de 25–85 ° C) y doble cabezal de
extrusión de accionamiento neumático. El tamaño y la cama de impresión del modelo
Inkredible + es mayor que el modelo Inkredible; No obstante, ambas bioimpresoras
tienen una lámpara ultravioleta para hidrogeles fotocurables y se maneja con el
software Repetier-Host, encargado de ejecutar el código G (Ozbolat, Moncal, &
Gudapati, 2016).
2.2.12.4 Regemat 3D.
La empresa REGEMAT 3D, fundada en España, se centra en tecnologías de
bioimpresión 3D, ofreciendo varias capacidades de bioimpresión. La compañía
produjo una bioimpresora 3D que se encuentra disponible en el mercado, llamado
REGEMAT 3D V1 (ver Figura 15E), posee un sistema de múltiples cabezales, que
permite la bioimpresión de múltiples tipos de biomateriales. Además, la bioimpresora
37
y sus componentes pueden personalizarse según los requisitos de bioimpres ión de
tejidos individuales, como agregar un sistema de enfriamiento y cambiar los cabezales
de impresión (Ozbolat, Moncal, & Gudapati, 2016).
2.2.12.5 3D Bioplotter
En la Figura 15F se muestra la versión más reciente de Bioplotter, utiliza
dispensadores neumáticos de tipo jeringa. Está equipado con un sistema automatizado
de cartuchos intercambiables para utilizar múltiples materiales biológicos en una sola
impresión, eliminando la necesidad de cambios manuales y recalibración de los
cartuchos. El mecanismo automatizado de limpieza de la punta de la boquilla elimina
la acumulación de material (Ozbolat, Moncal, & Gudapati, 2016).
2.2.12.6 NovoGen MMX
Esta bioimpresora fue comercializada por Organovo. Posee dispensadores de
múltiples cabezales y se utilizó por primera vez para producir tejido de esferoides
junto con una estructura de soporte formado de hidrogel (Ver Figura 15G) (Ozbolat,
Moncal, & Gudapati, 2016).
2.2.12.7 nScrypt
La compañía nScrypt de los EE.UU actualmente ofrece el modelo encriptado
3D (ver Figura.15H) para la bioimpresión celular, y contiene cuatro soluciones de
biomaterial para lograr una alta viabilidad celular. El dispensador puede imprimir una
variedad de componentes como colágeno y ácido hialurónico, en una condición
caliente o fría (Ozbolat, Moncal, & Gudapati, 2016).
38
Figura 15: Algunos de los modelos de bioimpresoras a base de extrusión.
Fuente: (Ozbolat, Moncal, & Gudapati, 2016).
39
2.2.13 Bioimpresión de hueso y cartílago
Un equipo de profesionales, formado por ingenieros y científicos de la
Universidad Complutense de Madrid, han impreso células humanas en una
bioimpresora 3D, hueso y cartílago específicamente, los mismos que se utilizan para
implantes en pacientes con roturas y lesiones del cuerpo. Tras implantar este tejido a
un ser humano, se obtuvo resultados exitosos, pues no se ha producido rechazo del
nuevo implante por parte del paciente (CLUSTER SALUD, 2017).
2.2.14 Método Kj o diagrama de afinidad
Es una herramienta que ayuda a organizar una gran cantidad de ideas, opiniones
o asuntos que se relacionan entre sí acerca de un tema o problema en particular. Al
recolectar una gran cantidad de ideas, esta herramienta ayuda a organizar la
información en grupos basados en la relación que existe entre ellas, crear categorías
cada grupo y asignarles un nombre contribuye a una mejor análisis y síntesis de la
información otorgada (UNIT, 2009).
Este método se utiliza cuando:
El problema es extenso o difícil de comprender
Las ideas se encuentran desordenadas
Se necesita establecer temas claves e importantes de un gran número de ideas
dadas para un mejor análisis de información (UNIT, 2009).
40
2.2.15 Viabilidad de un proyecto
2.2.15.1 Valor Actual Neto (VAN)
Es una herramienta financiera utilizado para comprobar si un proyecto es o no
viable. Si después de evaluar los flujos de los ingresos y egresos, y restar la inversión
inicial queda cierta ganancia, el proyecto se determina como viable (Cruz, 2017).
Al final, el VAN arrojará un resultado de la medida de rentabilidad expresado
en términos monetarios (Velayos, 2014).
Para calcular el VAN la fórmula es la siguiente:
𝑉𝐴𝑁 = −𝐼0 + ∑𝐹𝑡
(1 + 𝑘)𝑡
𝑛
𝑡=1
(1)
Dónde: 𝐹𝑡 : Flujos de dinero en cada periodo t.
𝐼0: Inversión realizada en el momento inicial (t = 0)
n: número de periodos de tiempo.
k: es el tipo de interés o tipo de descuento exigido en la inversión.
Según el valor obtenido en el cálculo del VAN, el resultado se presenta según los
siguientes criterios:
VAN > 0: La inversión generará ganancias por encima de la rentabilidad exigida
por lo que el proyecto es aceptable (Velayos, 2014).
VAN < 0: La inversión generará pérdidas por lo que el proyecto se debe rechazar
(Velayos, 2014).
41
VAN = 0: La inversión no generará ni ganancias ni pérdidas. Debido a que el
proyecto no produce valor económico, su realización se considera, en un inicio,
indiferente (Velayos, 2014).
2.2.15.2 Tasa Interna de Retorno (TIR)
La TIR es la tasa de rentabilidad que genera una inversión, el resultado que se
obtiene, es el porcentaje de rentabilidad o pérdida que tiene la inversión. También se
la conoce como el valor de la tasa de interés o de descuento que provoca que el valor
actual neto (VAN) = 0 (Sevilla, 2014).
𝑉𝐴𝑁 = −𝐼0 + ∑𝐹𝑡
(1 + 𝑇𝐼𝑅)𝑡
𝑛
𝑡=1
= 0 (2)
Dónde: 𝐹𝑡 : Flujos de dinero en cada periodo t.
𝐼0: Inversión realizada en el momento inicial (t = 0)
n: número de periodos de tiempo.
Para la selección del proyecto se siguen los siguientes criterios:
TIR > k: Se acepta el proyecto de inversión
TIR < k: El proyecto se rechaza.
TIR = k: Si mejora la posición competitiva de la empresa, la inversión puede
llevarse a cabo (Sevilla, 2014).
2.2.15.3 Retorno de Inversión (ROI)
Es el valor económico que se genera como resultado de la implementación de
un proyecto, tomando en cuenta los ingresos e inversión que se realiza. Esta
herramienta permite medir el rendimiento que se obtiene de una inversión expresada
42
en porcentaje para evaluar que tan eficientes son los cosos que se realizan
(GENWORDS, 2018).
Para calcular el ROI se utiliza la siguiente fórmula:
𝑅𝑂𝐼 =𝐼𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜𝑠 − 𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛
𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 (3)
2.2.16 Takt Time
Se refiere al ritmo en el que las unidades deben ser producidas para cumplir con los
requerimientos del cliente. Este puede ser calculado en base al tiempo disponible y a las
unidades demandadas, además el Takt Time no lo define la empresa, sino el cliente
(CONEXION ESAN, 2015). Dicho en otras palabras el Tackt Time es la velocidad a la
que debe producirse un producto para satisfacer la demanda del cliente.
Tomado en cuenta lo anterior, se debe diferenciar del tiempo de ciclo, el mismos que
consiste en las unidades de tiempo que son necesarias para la fabricación de una pieza,
este tiempo es determinado en función de la naturaleza del producto y rendimiento de la
empresa (CONEXION ESAN, 2015).
Para satisfacer la demanda, se requiere de un tiempo de ciclo menor al Takt Time, de tal
forma que no se requiera acudir a horas o turnos extra para completar el trabajo
(CONEXION ESAN, 2015).
43
2.2.17 Balanceo de línea
El balanceo de línea consiste en encontrar una distribución adecuada de cada proceso de
trabajo dentro de la planta para asegurar un flujo continuo y uniforme de los productos,
encontrando las formas para igualar los tiempos de trabajo en todas las estaciones, de tal
manera que se pueda aprovechar al máximo la mano de obra y equipo, y de ese modo
reducir o eliminar el tiempo vago (Peña & Ángela Neira, 2016).
2.4 MARCO ÉTICO Y LEGAL
En Ecuador no se han encontrado normas INEN referentes al tema, pues se ha
investigado en el Servicio Ecuatoriano de Normalización INEN y en los repositorios
de las Universidades del país con las palabras clave: bioimpresión, biomateria les,
impresión 3D de piel humana, órganos impresos, y no se han encontrado resultados al
respecto.
A continuación se mencionan las normas relacionadas con el método de
bioimpresión 3D de piel encontradas.
Norma ISO 13485: diseñada para ser utilizada por organizaciones
involucradas en el diseño, producción, instalación y servicio de dispositivos médicos
y servicios relacionados.
ASTM F719 - 81 (2012): Práctica estándar para probar biomateriales en
conejos para la irritación primaria de la piel.
ASTM F1983 – 14: Práctica estándar para la evaluación de los efectos tisulares
seleccionados de biomateriales absorbibles para aplicaciones de implantes.
44
ASTM F3163 – 16: Guía estándar para la clasificación de productos celulares
y / o basados en tejidos (CTP) para heridas en la piel.
ASTM F2150 – 13: Guía estándar para la caracterización y prueba de
andamios biomateriales utilizados en productos médicos de ingeniería tisular.
STP159: Uso de la modularidad del cirujano ortopédico y consideraciones de
la técnica quirúrgica frente a la corrosión del implante.
ASTM F2739 – 16: Guía estándar para cuantificar la viabilidad celular dentro
de los andamios biomateriales.
STP684: Corrosión y degradación de materiales de implantes.
ISO 10993-6: 2016: Evaluación biológica de dispositivos médicos. Pruebas de
efectos locales después del implante.
2.4.1 Código de Ética UCE
Los principios a considerar en el Código de Ética son los siguientes:
Libertad de pensamiento y expresión: La comunidad universitaria es
portadora de una diversidad de concepciones, pensamientos y expresiones, los mismos
que deben ser respetados en forma absoluta por todos sus integrantes (Univers idad
Central del Ecuador, 2019).
Laicidad en el accionar universitario: El accionar académico debe estar
guiado por la laicidad, entendido como un principio de convivencia ajeno a la
imposición de dogmas o fundamentalismos religiosos, políticos y basados en el
conocimiento y los saberes (Universidad Central del Ecuador, 2019).
Integridad y honestidad intelectual y académica: Los integrantes de la
comunidad universitaria deben realizar su producción académica y funciones
45
administrativas con apego a las normas de transparencia y honestidad que rigen a la
comunidad científica (Universidad Central del Ecuador, 2019).
Transparencia: La rendición de cuentas de la gestión universitaria.- La
gestión académica, técnica y administrativa y de servicio de los actores universita r ios
y fundamentalmente de sus autoridades debe regirse por principios de transparencia,
uso responsable y honesto de los recursos públicos, garantizando un accionar íntegro
y libre de corrupción (Universidad Central del Ecuador, 2019).
Auto criticidad: Es la capacidad de distinguir las propias conductas indebidas
y la predisposición para corregirlas (Universidad Central del Ecuador, 2019).
Confidencialidad, privacidad y protección de la información: Los datos,
proyectos de investigación, descubrimientos, innovaciones científicas o tecnológicas,
información personal de miembros de la comunidad universitaria deben ser
resguardados convenientemente; y, tratados en el marco legal y deontológico que
garantice el derecho a la imagen, la confidencialidad, el buen nombre de las partes
implicadas y de la Universidad (Universidad Central del Ecuador, 2019).
46
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA
3.1 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
El presente proyecto de investigación está basado en un estudio de tipo
exploratorio, ya que se basa en un tema que ha sido estudiado anteriormente por otros
investigadores. Existe información de la bioimpresión 3D de piel humana de
Universidades y científicos de EEUU, Australia y principalmente Europa – España, la
cual se ha utilizado como fuentes secundarias para la recopilación de información.
Se ha utilizado también un estudio descriptivo, en donde se calculó el TIR,
VAN y ROI para obtener información cuantificable y determinar la viabilidad del
proyecto. Además mediante este estudio se especifica el proceso que se requiere para
realizar el procedimiento de Bioimpresión 3D, especificaciones técnicas de la máquina
y se ha empleado encuestas a una determinada muestra para obtener la informac ión
confiable y necesaria para su posterior análisis.
Se utilizó también el método de investigación histórico- lógico, debido a que se
basó en los datos obtenidos de la cantidad de profesionales aptos para la técnica de
bioimpresión 3D de piel.
Así mismo se ha detallado la investigación de campo, donde se ha recurrido a
fuentes primarias de establecimientos públicos, donde se obtuvo datos e informac ión
real y confiable que contribuyó en el análisis y posterior determinación de la
factibilidad de implementación en Quito. También se basó en una metodología
eficiente y apta para determinar la factibilidad de un proyecto basado en cinco etapas:
47
estudio de mercado, estudio técnico, planificación de recursos humanos, estudio
económico y financiero, evaluación financiera.
En este capítulo se detalla también el enfoque de investigación aplicado, el cual
ayudó a un proceso sistemático y disciplinado para el procesamiento de la informac ión.
Posteriormente se ha realizado el tratamiento de la información que contiene el tipo de
muestreo que se utilizó para la aplicación de las encuestas y las limitaciones de la
muestra. Seguido de esto, se detalla las técnicas que se han utilizado para la recolección
de la información y la credibilidad de los datos obtenidos de las encuestas aplicadas ,
esto se logró mediante varios criterios que han validado la información adquirida. Por
último se especifica el procedimiento del proyecto, el mismo que constó de 3 fases
para lograr el objetivo planteado:
3.2 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
3.2.1 Investigación de campo
Para obtener la información necesaria y cumplir con los objetivos planteados
inicialmente, se ha recurrido a fuentes primarias en donde se ha podido obtener datos
reales, únicos y específicos relacionados al tema de estudio. En primer lugar, está la
Secretaría de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación (Senescyt) en
donde se ha solicitado datos, tablas con la cantidad de profesionales existentes en el
Ecuador relacionados directamente con el método de bioimpresión 3D de piel humana.
En segundo lugar se ha recurrido al Hospital de Especialidades Eugenio Espejo que
cuenta con cirujanos plásticos especializados en quemaduras, a los cuales se aplicaron
encuestas con preguntas específicas sobre su experiencia con los injertos de piel, en
48
donde se ha podido obtener datos e información directamente de la realidad y un
análisis de los mismos.
3.2.2 Enfoque de la investigación
El enfoque que se ha dado a la investigación es cualitativo, ya que se ha reunido
datos de manera narrativa, es decir mediante encuestas aplicadas a una pequeña
muestra con la finalidad de alcanzar una comprensión en profundidad. Además las
preguntas aplicadas en la encuesta han obligado al encuestado a responder de manera
crítica y abierta, proporcionando la extracción de datos más amplios, los mismos que
sirvieron para generar ideas para más investigaciones y complementar el estudio
deseado.
3.3 TRATAMIENTO DE LA INFORMACIÓN
3.3.1 Población y muestreo
La investigación se planteó mediante el muestreo intencional o de
conveniencia, este es un tipo de muestreo no probabilístico y se utiliza en estudios
cualitativos, se aplica cuando se tiene casos disponibles a los cuales se tiene acceso
(Hernádez, Fernandez, & Baptista, 2010).
Mediante este muestreo se reclutó a las personas según criterios propios, es
decir, se seleccionó de acuerdo a lo que estas personas puedan aportar a la
investigación. En este caso no se pudo tener acceso a varios hospitales o
establecimientos con profesionales dedicados a la cirugía plástica en quemaduras para
49
efectuar encuestas con profundidad en injertos de piel, por lo que sólo se pudo acceder
al Hospital de Especialidades Eugenio Espejo, en donde se llevó a cabo las encuestas.
En la tabla 3 se puede apreciar una comparativa con respecto a los hospitales
públicos de Quito con mayor incidencia de pacientes con quemaduras y, que además
son los únicos que tienen Unidad de Quemados en la ciudad de Quito, con lo que se
evidencia que el Hospital Eugenio Espejo es el segundo con mayor número de
pacientes y por tal motivo en este estudio de investigación se pudo generalizar para la
implementación de la tecnología de bioimpresión en la ciudad de Quito.
La cantidad de pacientes indicada para el Hospital Eugenio Espejo, incluyen
aquellos que han sido dados de alta por heridas menores y personas que han fallec ido
sin haber ingresado a quirófano. Cabe recalcar que en la Unidad de Quemados no solo
se trata quemaduras, sino también pacientes que han sufrido una enfermedad cutánea
que requiere ser tratado por medio de injertos.
Tabla 3. Estadísticas de pacientes con quemaduras en tres de los principales hospitales
públicos de Quito.
Hospital Año Cantidad de pacientes
Hospital Carlos Andrade
Marín 2018 500 aproximadamente
Hospital Eugenio Espejo 2018 400 aproximadamente
Hospital Baca Ortiz 2009 170
Fuente: (La Hora, 2018) (El Comercio, 2010).
Elaboración: Daniela Rodríguez
50
Para esto se siguió los siguientes criterios.
3.3.1.1 Muestreo discrecional o intencionado
Cirujanos especializados en quemaduras e injertos de piel: en una
exposición realizada por la investigadora de este proyecto en la Unidad de Quemados
acerca del presente tema, y de una población seleccionada a conveniencia de 8 doctores
cirujanos del Hospital Eugenio Espejo, la muestra intencional es de 6 cirujanos para
quemaduras, pues los dos restantes eran residentes que no tenían el suficiente
conocimiento para completar la encuesta.
3.3.1.2 Limitaciones y restricciones de la muestra
La limitada muestra de doctores y hospitales, se debe a la falta de
cooperación y poca cantidad de cirujanos en el país. La falta de apoyo y cooperación
se debe a razones como:
- Falta de tiempo
- Desconfianza
- Papeleo excesivo para poder obtener una cita con el doctor
- Información confidencial
3.3 TÉCNICAS PARA RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN
3.3.1 Técnicas para recolección de datos
Las técnicas que se emplearán durante la realización del presente proyecto son:
3.3.1.1 Revisión Bibliográfica
Se aplicó esta técnica con la finalidad de llevar a cabo la búsqueda de
información existente en libros, revistas, trabajos o proyectos de tesis, publicaciones y
51
páginas web, todo esto en referencia a los últimos 6 años, permitiendo enmarcar en la
presente investigación información actualizada.
3.3.1.2 Encuestas
Se aplicó esta técnica con el fin de conocer opiniones o hechos específicos de
la muestra. La encuesta fue aplicada a los cirujanos plásticos del Hospital Eugenio
Espejo especializados en quemaduras.
3.3.1.2 Medición
Se empleó esta técnica para generar estadísticas y resultados a partir de las
encuestas realizadas a la muestra pertinente e investigaciones para determinar la
factibilidad social, tecnológica y la rentabilidad económica que la bioimpresión 3D de
piel humana genera en el Ecuador.
3.3.2 Credibilidad de los datos
Se logró incrementar la credibilidad de la investigación de campo mediante los
criterios que se mencionan a continuación, con el propósito de otorgar mayor validez
a los resultados alcanzados en las encuestas aplicadas.
Corroboración estructural: Mediante los datos que se han obtenido en las
encuestas y que se relacionan conceptualmente, se ha reunido la informac ión
estableciendo conexiones para formar un todo, donde la evidencia fue la misma
información proporcionada inicialmente antes de conformar las categorías que
guardan relación entre sí.
Estancias prolongadas en el campo: EL tiempo de estadía en el lugar de estudio
fue prolongada, pues se realizó una presentación acerca del tema de investigac ión
a los cirujanos plásticos del Hospital Eugenio Espejo, a fin de dar un mayor
52
entendimiento acerca del tema y evitar efectos provocados por la presencia del
investigador, provocando que los encuestados se relacionen con el investigador y
viceversa. Además mientras cirujanos llenaban la encuesta, se empleó ese tiempo
para conversar con ellos y evaluar cada percepción.
Muestreo dirigido o intencional: Se seleccionó ciertos datos según lo otorgado
por la muestra con el fin de analizarlos, posteriormente se seleccionó datos
adicionales para confirmar o no los primeros resultados. Finalmente se analizó
casos negativos y contradictorios, lo que permitió otros puntos de vista y
comparaciones.
Auditoría externa: El proceso completo desde la elaboración de la encuesta hasta
el análisis de la misma ha sido revisada por un profesional calificado, en este caso
ha sido el tutor a cargo del proyecto de investigación, a fin de evaluar y aprobar
las preguntas empleadas, datos recolectados, procedimiento de análisis e
interpretación de resultados y los procedimientos para generar teoría.
Descripciones detalladas, profundas y completas: La informac ión
proporcionada fue detallada según lo solicitado y de manera sencilla, la cual ayudó
al investigador a comprender de forma más completa el contexto y realidad.
Reconstrucción de casos para su análisis: Para la reconstrucción de los casos se
tomaron notas durante el proceso de encuesta y la información otorgada fue
mediante encuestas escritas en hojas de papel, las mismas que fueron transcritas
en computadora para su análisis.
53
3.4 PROCEDIMIENTO DEL PROYECTO
El presente proyecto se realizó en 3 fases, las mismas que se mencionan y
detallan a continuación:
Fase 1. Capacidades: profesionales nacionales y de seguridad
Esta fase se aplicó con el fin de obtener el perfil profesional adecuado para
llevar a cabo las actividades que involucra la técnica de bioimpresión 3D, así como
también se ha detallado aspectos de inocuidad de bioimpresión y bioimpresora.
Fase 2. Necesidades de Bioimpresión 3D de piel humana
Mediante esta fase se ha obtenido los principales problemas que generan los
injertos de piel, obtenidos de los resultados de las encuestas aplicadas, con el fin de
traducirlos a necesidades y proporcionarlas una solución en base a la bioimpresión.
Además se ha detallado los recursos y proceso requerido para el mismo.
Fase 3. Sostenibilidad y rentabilidad económica de piel humana impresa
en 3D para su implementación.
Esta fase se aplicó para obtener la viabilidad del proyecto de investigación, se
obtuvo el estudio económico y evaluación financiera con lo cual se ha definido su
rentabilidad económica para la implementación en Quito.
El detalle de cada fase se explica a continuación:
54
3.4.1 Fase 1: Capacidades: profesionales nacionales y de seguridad
3.4.1.1 Capacidades profesionales nacionales
Para determinar las capacidades personales se recurrió a investigar acerca de
las aptitudes, conocimientos y experiencias que una persona debe tener para poder
trabajar en esta nueva tecnología 3D de piel. Toda esta información ha sido obtenida
a través de una investigación exhaustiva en artículos científicos, páginas web, videos,
blog, secciones de noticas de todo el mundo, entre otros a fin de obtener informac ión
y resultados más precisos.
Una vez obtenida la información de los tipos de conocimientos que una persona
debe conocer, se solicitó datos estadísticos en Senescyt acerca del número de
profesionales que existe en el Ecuador en determinadas carreras y áreas con
conocimientos médicos y técnicos que aportan en el desarrollo de la biompresión 3D
de piel humana.
3.4.1.2 Capacidades de seguridad
Se ha investigado sobre los procesos de esterilización que necesita tanto una
bioimpresora como las partes que se utiliza en este procedimiento.
Toda esta información fue extraída de artículos científicos, revistas científicas,
páginas web, blogs, entre otros.
3.4.2 Fase 2: Necesidades de la bioimpresión 3D de piel humana
En la fase 2 y 3 se aplicó una metodología para determinar la factibilidad del
proyecto, la misma que consta de 5 etapas, las tres primeras etapas fueron aplicadas en
55
esta fase ya que son la que proporcionaron información para conocer las necesidades
de la bioimpresión 3D de piel.
3.4.2.1 Estudio de mercado
En esta primera etapa se verifica la posibilidad de introducción de un producto
nuevo en un determinado mercado, para este proyecto, producto se refiere a la técnica
de bioimpresión 3D de piel humana. Además se determina y cuantifica la demanda de
injertos de piel que realizan los cirujanos.
Para el estudio del mercado se realizó encuestas a cirujanos plásticos
especializados en injertos, quemaduras y enfermedades cutáneas, con el fin de
concentrar la información en los problemas y desventajas que presentan los médicos
cirujanos al momento del tratamiento del paciente, tomando en cuenta su proceso de
implantación, tiempo de curación y recuperación con respecto al método tradiciona l
de injertos de piel, y así determinar si es necesario dar un siguiente paso en la medicina
con la tecnología 3D de bioimpresión de piel humana.
Esta encuesta se aplicó a cirujanos del área de quemados del Hospital Eugenio
Espejo de la ciudad de Quito, ya que es uno de los Hospitales del Ecuador que cuenta
con Unidad de Quemados y con el mayor número de incidencia de pacientes. Para este
análisis y comprensión de resultados, se empleó el método KJ o diagrama de afinidad
que trata de una herramienta para categorizar los datos que tienen relación entre sí y
poder dar una revisión y análisis más claro de la información recolectada.
Como primer paso se ha definido el problema y objetivo de la situación a
analizar, esto se lo hizo en forma de preguntas, las mismas que fueron contestadas por
6 cirujanos. A continuación se colocaron al azar las ideas de cada pregunta respondida
56
por los doctores, a cada doctor se le asignó un código para diferenciar sus respuestas.
(Ver Anexo 3). Como siguiente paso se han agrupado las respuestas de todos los
doctores por cada pregunta según su relación o características en común. Siguiendo la
metodología, se le asignó un título o nombre a cada agrupación que describa cada uno
de las respuestas agrupadas (Ver Anexo 4).
El resultado que se ha obtenido es un diagrama de afinidad por cada pregunta
con categorías y subcategorías que ayudan a una mejor compresión del problema
puesto que se organizó todas las ideas brindadas por los cirujanos plásticos (Ver Anexo
5).
Además se ha detalla un caso de estudio presenciado en la Unidad de
Quemados del Hospital, a fin de evidenciar todos los aspectos que involucra el proceso
de injerto
3.4.2.2 Estudio técnico
Se ha investigado acerca del soporte y mantenimiento técnico que se requiere
para mantener en perfectas condiciones a la bioimpresora, capacidades técnicas de
manejo de impresoras, especificaciones y el software necesario para realizar el proceso
de bioimpresión con los conocimientos que se requieren para utilizarlo.
Además en esta etapa se ha detallado el proceso requerido para la bioimpres ión
de piel en base a la demanda del hospital, se incluye también el ritmo de producción
en base a un análisis y cálculo del Takt Time, el mismo que ha ayudado a determinar
la cantidad de bioimpresoras y demás recursos necesarios para implementar el
laboratorio en el Hospital Eugenio Espejo y diseñar el layout con su distribución.
57
3.4.2.3 Planificación de Recursos Humanos
Por último en esta fase se ha realizado la planificación de Recursos Humanos
necesarios que formarán parte del laboratorio, describiendo actividades y espacio de
trabajo que ocuparán cada uno de ellos.
3.4.3 Fase 3: Rentabilidad económica de piel humana impresa en 3D para su
implementación.
Como se mencionó en la fase 2, se aplicó una metodología para determinar la
factibilidad del proyecto. En esta fase se emplearon las dos últimas etapas, pues son
las que determinan el aspecto económico y financiero.
3.4.3.1 Estudio económico y financiero
En esta etapa se determinó los costos e inversiones que representan
implementar el laboratorio, los mismos que contribuyeron para determinar el punto de
equilibrio, precio de venta y el flujo de fondos donde se detallan los egresos e ingresos.
3.4.3.2 Evaluación Financiera
En esta última etapa se realizó una evaluación financiera partiendo del flujo de
fondos que se obtuvo en la etapa anterior, con la finalidad de obtener una base sólida
y confiable para determinar si es viable la implementación de la tecnología 3D
estudiada en el presente proyecto.
Para determinar la viabilidad del proyecto se ha realizado cálculos de algunos
índices: TIR (Tasa Interna de Retorno), VAN (Valor Actual neto) y el ROI (Retorno
de Inversión). Con todos estos índices se ha logrado una evaluación económica del
proyecto.
58
CAPÍTULO IV
RESULTADOS
4.1 RESULTADOS FASE 1:
Capacidades: profesionales nacionales, técnico y de seguridad
4.1.1 Capacidades personales
Analizando el tema y procedimiento de bioimpresión 3D de piel humana, se
obtuvo que los conocimientos, capacidades y experiencias que una persona necesita
para involucrarse en esta técnica, son los siguientes:
Nanotecnología: se aplica para realizar estudios de diseño, creación, síntesis,
manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del
control de la materia a nanoescala. En otras palabras permite fabricar materiales y
máquinas partiendo del reordenamiento de átomos y moléculas (EURESIDENTES,
2016).
Biotecnología: el principal objetivo es utilizar seres vivos o parte de estos, en
este caso se utiliza células vivas extraídas de una muestra de tejido del paciente para
ser cultivadas y producir nueva piel, mejorar a las especies o desarrollar
microorganismos con usos específicos (UNIVERSIA, 2018).
Ingeniería del tejido: se aplica en la combinación de células para mejorar o
reemplazar funciones biológicas de tal forma que las células se adapten y el paciente
acepte el implante de piel impresa. Esta rama es utilizada para estudiar en profundidad
las posibilidades del tejido impreso en 3D (IA Manufacturing, 2016).
59
Escaneado y visualización: esta área se encarga del desarrollo de nuevas
tecnologías de imagen en 3D para obtener de forma rápida imágenes del paciente en
alta calidad para ayudarle de la forma más precisa y óptima posible (IA Manufactur ing,
2016).
Modelado 3D y medicina computacional: utilizado para analizar las
imágenes 3D extraídas del paciente para producir modelos 3D y elaborar implantes y
tejidos personalizados (IA Manufacturing, 2016).
Cirugía plástica: combina la cirugía estética con la cirugía reconstructiva y se
aplica para el implante de piel impresa en el paciente, que además conlleva el
tratamiento después del implante.
Química orgánica: realiza modificaciones a la estructura de las moléculas
para conferir propiedades adicionales, como servir de soporte y además poseer
propiedades antimicrobianas, con el fin de beneficiar la integración del implante al
organismo (Rodríguez, 2018).
Bioingeniería: conlleva un conocimiento del tratamiento computacional de la
información y con sólidos fundamentos en Biología y Medicina, forma parte de
proyectos de diseño de equipos electrónicos que se usan en hospitales y diagnóst ico
médico, además se involucra en el diseño de software para aplicaciones
bioinformáticos, entre otros (Universidad San Pablo CEU, 2013).
Biología molecular y celular: esta disciplina se encarga del estudio de las
células y su interacción con el ambiente para mantenerlas vivas. Además permite
controlar la evaluación de la seguridad y de la eficacia de las células (AINIA, 2015)
60
Biología de los materiales: se basa en el estudio del material orgánico para
poder imprimir tejidos biológicos, esta rama combina la biotecnología y la ingenie r ía
de tejidos.
Biología de la piel: consiste en el estudio del órgano cutáneo y sus anexos en
sus aspectos morfológicos (macro y microscópicos), fisiológicos e inmunológicos
(Universidad de la República , 2017).
Dermatología: se ocupa del tratamiento y cuidado de la piel sana y enferma ,
especialmente en la parte física-estética de la misma. (Gutiérrez, s.f.).
Biomedicina: se encarga del desarrollo de dispositivos médicos, biomateria les
y tejidos. Se ocupa también de la extracción de imagen de la herida del paciente y
biosensing (instrumento para medición de moléculas en fluidos, en este caso la
biotinta, con el fin de monitorear la cantidad de una sustancia introducida en una
mezcla) (YACHAY TECH, 2019).
Ingeniería de equipos biomédicos: consiste en brindar soporte técnico a las
bioimpresoras y demás equipos relacionados con la biomedicina.
4.1.2 Capacidades técnicas
Investigando las capacidades técnicas que se requieren para el procedimiento
de bioimpresión y las especificaciones técnicas de una bioimpresora, se obtuvo lo
siguiente:
4.1.2.1 Manejo de bioimpresoras y sus capacidades técnicas ideales:
Para el manejo de bioimpresoras, específicamente en la parte de software, se
utiliza una interfaz gráfica de usuario (GUI) personalizada que permite realizar el
diseño 3D y la ejecución de una serie de instrucciones que dirigen el movimiento de
61
precisión de algunos de los cabezales dispensadores para depositar bloques de
construcción celulares que toman el nombre de bio-ink o traducido al español biotinta
(ORGANOVO, 2018).
Con el crecimiento de la bioimpresión hasta la actualidad, investigadores y
expertos de todo el mundo han introducido una gran variedad de bioimpresoras al
mercado, siendo las más ideales las que poseen las siguientes características y
capacidades:
Libertad en movimiento para permitir la deposición del material biológico en
superficies no planas. Esto resulta de gran importancia, pues las bioimpresoras
pasan a aplicaciones clínicas en donde se utilizan para bioimprimir en un área de
lesión biológica (Ozbolat, Moncal, & Gudapati, 2016).
Resolución y precisión de alta calidad para permitir la deposición de soluciones
de material biológico con la calidad necesaria para simular la colocación de
células en tejidos nativos (Ozbolat, Moncal, & Gudapati, 2016).
Movimiento a alta velocidad de la jeringas para permitir la fabricación rápida de
tejidos (Ozbolat, Moncal, & Gudapati, 2016).
Debe ser capaz de sumunistrar diversas soluciones de biotinta simultáneamente
para facilitar la fabricación de los tejidos (Ozbolat, Moncal, & Gudapati, 2016).
Facilidad de uso para los operadores con poca experiencia y habilidades a fin que
les permita operar la bioimpresora sin inconvenientes (Ozbolat, Moncal, &
Gudapati, 2016).
Tamaño ideal que permite la colocación bajo una bioseguridad estándar para una
bioimpresión en condiciones estériles (Ozbolat, Moncal, & Gudapati, 2016).
62
Facilidad para esterilizar la máquina, permitiendo a los operadores mantener
condiciones asépticas durante el proceso de bioimpresión (Ozbolat, Moncal, &
Gudapati, 2016).
Automatización completa sin manipulación del usuario para facilitar el proceso
de bioimpresión (Ozbolat, Moncal, & Gudapati, 2016).
Capacidad de adaptarse rápida y fácilmente para permitir a los operadores
modificar y expandir la instrumentación para uso multiuso (Ozbolat, Moncal, &
Gudapati, 2016).
4.1.2.2 Funcionamiento de una bioimpresora de piel humana
Para permitir el funcionamiento de la bioimpresora, en su base tiene motores
de alta precisión que son los que permiten el movimiento de los émbolos de las jeringas
con una velocidad adecuada para obtener de cada una la cantidad necesaria de material
biológico, se requiere de 10 a 15 millones de células para producir un fragmento de
piel (Cañizo & Jorcano, 2018)
Todo lo que se necesita para ensamblar la piel, son las biotintas, una vez que
se tiene todos los componentes, se los carga en las jeringas y todo esto es dirigido por
un ordenador (Jorcano, 2017).
Cada jeringa tiene un componente de estas biotintas y el ordenador es el que
dirige las mezclas de los contenidos que hay en cada una de las jeringas y las envía por
un conducto al que se denomina la cabeza de extrusor, que es el lugar por donde salen
estas mezclas, el proceso de funcionamiento se indica en la Figura 16 (Jorcano, 2017).
63
Este es un proceso que hay que hacerlo por etapas, puesto que la piel tiene dos
componentes, la epidermis que está en la superficie y la dermis que está en la parte
más profunda, ambos componentes los hay que imprimir por separado porque su
composición es totalmente diferente (Jorcano, 2017).
En comparación con la impresión no biológica, la Bioimpresión 3D implica
complejidades adicionales, tales como la elección de materiales, tipos de células,
factores de crecimiento y diferenciación, y desafíos técnicos relacionados con la
sensibilidad de las células vivas y la construcción de tejidos (Aranda, 2016).
Dentro de la parte técnica de bioimpresión, se encuentra el software, el cual se
encarga de controlar la bioimpresora y que además es muy simple de usar, permitiendo
a los especialistas construir modelos tridimensionales del tejido.
Los tejidos se pueden fabricar directamente en una amplia variedad de software
de cultivo o cámaras personalizadas diseñadas para mantener y acondicionar los
tejidos en 3D, reduciendo las manipulaciones que puedan provocar variabilidad
(ORGANOVO, 2019).
64
Figura 16. Funcionamiento de una bioimpresora de piel humana.
Elaboración: Daniela Rodríguez
4.1.2.3 Mantenimiento de bioimpresora.
Para el mantenimiento y soporte de las bioimpresoras se requiere
conocimientos de equipos electrónicos que se utilizan en los hospitales y diagnóst ico
médico, interviene también el conocimiento de diseño de software para aplicaciones
bioinformáticas (Universidad San Pablo CEU, 2013). Todas estas capacidades se
pueden obtener por parte de la bioingeniería.
Biotinta con células,
proteínas y factores
de crecimiento.
Bioimpresora
con jeringas
controladas de
biotinta.
Ordenador dirige
las mezclas de
los contenidos
que hay en cada
una de las
jeringas.
Extrusor por donde
salen las mezclas de
biotinta.
Piel Bioimpresa.
65
Además otra rama utilizada en esta área, es la nanotecnología que se encarga
de los dispositivos, partes más pequeños que se pueden encontrar en la máquina de
bioimpresora.
4.1.2.4 Especificaciones técnicas de una bioimpresora 3D de piel
En la tabla 4 se detallan las especificaciones técnicas de tres marcas de
bioimpresoras más vendidas, seleccionadas en base a la aplicación para impresión de
piel, capacidad y velocidad de impresión.
Tabla 4. Especificaciones técnicas de bioimpresoras 3D disponibles
Especificaciones Bioimpresoras
Imagen
Marca CELLINK REGEMAT REGEN HU
Modelo BIO X Bio V1 BioFactory
Dimensiones
(WxLxH) 441 x 355 x 475 mm 525 x 375 x 470 400 x 325 x 415 mm
Precisión de
posicionamiento X,Y,Z
1 µm 1 µm 1 µm
Volumen de
construcción 130 x 80 x 60 mm 150 x 160 x 110 mm. 60 x 60 x 60 mm
Velocidad de
impresión 20𝑚𝑚2/s 40𝑚𝑚2/s -
Diámetro de salida de
cada gota
Diámetro de aguja seleccionado por el
usuario 0,1 - 1,20 mm -
Software código G Slic3r Regemat 3D Designer BioCAM
Conexión USB USB USB
Sistema operativo
Windows, Windows (XP 32 bit / 7 +),
Ubuntu Linux (12.04+), Mac OS X (10.6 64 bit / 10.7 +)
Windows 7, 8 Windows 7, 8
Tipo de archivo stl, .obj, .thing stl, .obj, .thing stl, dicom, amf, dxf
Continúa en la siguiente página
66
Especificaciones Bioimpresoras
Plataforma de
impresión
Placas de cristal o petri
Placas de cristal o Petri Placas de cristal o
petri
Temperatura de impresión
10-85 ºC 10-85 ºC 5-80 ºC
Precio $39.000,00 $24.326,00 $63.000,00
Garantía 1 año 1 año 1 año
Otros Calibración
automática de ejes Calibración
automática de ejes Calibración
automática de ejes
Elaboración: Daniela Rodríguez
Como se puede observar, el volumen de construcción de las tres bioimpreso ras
varían considerablemente, siendo las medidas más óptimas para este proyecto la de
mayor volumen, pues mientras más grande sea el área de impresión, mayor será el área
de piel impresa, por lo que se considera un punto a favor para Bio V1.
En cuanto a la velocidad de impresión, se conoce solo de las dos primeras
bioimpresoras, en donde la más rápida resultaría la más conveniente para este tipo de
producción, por lo que nuevamente resulta apta Bio V1.
Desde el punto de visto del Software, las tres bioimpresoras incluyen un
programa apto para el funcionamiento de la máquina, con la diferencia de que Bio V1
incluye tanto para diseño de estructuras propias como para código G, mientras las otras
dos sólo contienen para código G.
Continuación de la Tabla 4. Especificaciones técnicas de bioimpresoras
3D disponibles
67
Analizando todas estas alternativas, y considerando que la Bio V1 cumple con
los entandares más idóneos para la producción de piel, y que además presenta un rubro
más económico a las demás, queda seleccionada para el estudio de este proyecto (Ver
Figura. 17).
Figura 17. Vista frontal de la bioimpresora con sus componentes.
Fuente: (REGEMAT, 2018).
La bioimpresora seleccionada pertenece a la marca Regemat 3D, una empresa
española biotecnológica especializada en el desarrollo de sistemas de bioimpresión y
soluciones de medicina regenerativa. Uno de sus grandes avances se aprecia en la
Figura. 18.
Esta empresa comercializa sus equipos alrededor del mundo, entre los
principales están: La Universidad de Granada en España, Universidad de Lowa en
Estados Unidos, Universidad de Sidney en Australia, Hospital Virgen del Rocío –
España, Paper and Fibre Institute – Suecia, Instituto Nacional de Rehabilitación –
68
Colombia y Hospital La Paz – Madrid, España, con este último han llevado trabajando
en la impresión de piel con la bioimpresora Regemat por 2 años (REGEMAT, 2018).
4.1.2.5 Software para bioimpresión
El software que utiliza la marca Regemat tiene el nombre de Regemat 3D
Designer, este software permite tanto el diseño de estructuras propias así como la
importación de geometrías desde archivos con formato .stl, tal y como se observa en
la Figura. 18. Una vez que se tenga la estructura, se puede configurar el mallado interno
y los parámetros de impresión que se requiera mediante una pre-visualización de la
pieza como se muestra en la Figura.19 (REGEMAT, 2018).
Figura 18. Pre-visualización del objeto en formato .stl
Fuente: (REGEMAT, 2018).
69
Figura 19. A la izquierda se tiene la visualización de la trayectoria del código G, en el medio se
encuentra la visualización por capas y, a la derecha la visualización del mallado interno.
Fuente: (REGEMAT, 2018).
Para ajustar los parámetros de inyección, se realizan las configuraciones que se
aprecian en la Figura. 20
Figura 20. Ajustes de parámetros de inyección
Fuente: (REGEMAT, 2018).
70
4.1.3 Capacidades de seguridad
Investigando sobre los procesos de esterilización que necesita tanto una
bioimpresora como las partes que se utiliza en este procedimiento, se ha obtenido lo
siguiente:
4.1.3.1 Esterilización:
Para que el proceso de bioimpresión tenga resultados óptimos con respecto a
la inocuidad, se realizan procesos de estilización y preparación. El sistema está
diseñado para ser cubierto con un paño estéril. El cabezal de impresión es desmontable
y puede ser esterilizado mediante un autoclave (el autoclave es un recipiente metálico
hermético utilizado en la microbiología para la esterilización de medios de cultivo)
(Mohammed Albanna, 2019).
La esterilización de los tubos se realiza mediante la conexión de cartuchos de
etanol al 70% seguido de agua esterilizada con nano-filtro para eliminar residuos. Un
comando de esterilización indica a la impresora que enjuague automáticamente el
sistema de suministro con etanol durante tres minutos, seguido de un lavado con agua
estéril durante un minuto (Mohammed Albanna, 2019). Adicionalmente, la máquina
ideal para este procedimiento debe tener la facilidad para esterilizar, permitiendo a los
operadores mantener condiciones asépticas durante el proceso de bioimpres ión
(Ozbolat, Moncal, & Gudapati, 2016).
El proceso de cultivo de células se lo ejecuta dentro de un recipiente que
cumple con los estándares de bioseguridad necesarios para asegurar que los tejidos
creados se mantengan estériles (Imprimalia 3D, 2013). Así mismo los factores
ambientales como presión, temperatura y fuerzas eléctricas deben ser consideradas en
este procedimiento, pues las células deben mantenerse a la temperatura del cuerpo
71
humano, en condiciones fisiológicas más no en altas temperaturas como los extrusores
de las impresoras de plástico que se utilizan para objetos 3D de otra naturaleza, ya que
se echaría a perder el producto final bioimpreso o se generaría una alta variabilidad.
El medio ambiente no solo es un factor que ayuda para el desarrollo de algunos
tejidos, estos factores externos proveen señales vitales que estimulan el desarrollo
normal de un tejido. En algunos casos se utiliza un bio-reactor (sistema que mantiene
un ambiente biológicamente activo), este facilita las interacciones dinámicas que
ocurren entre el tejido y el ambiente. En la mayoría de los casos, el proceso de
bioimpresión no finaliza después de la impresión del tejido y, por lo general, se
requiere algún período de maduración. Es en esta etapa que se puede utilizar un bio-
reactor para influir en el tejido bioimpreso (Bishop E. , Mostafa, Pakvasa, Luu, & Lee,
2017).
En cuanto a la seguridad, el sistema bioprinter portátil de piel está equipado
con cerraduras que se acoplan con la base de la mesa del paciente para evitar el
movimiento mientras se imprimen las células. Al momento que el sistema está en
posición sobre el paciente, estos bloques restringen la movilidad del sistema durante
el proceso de impresión para garantizar alta precisión de entrega (Mohammed
Albanna, 2019).
4.1.4 Estadísticas según Senescyt
Después de haber investigado las capacidades personales, técnicas y
ambientales que se requieren para el procedimiento, las mismas que se encuentran
detalladas en los apartados anteriores y, según estadísticas otorgados por el Senescyt
se ha realizado una clasificación de los títulos profesionales y cantidad de los mismos
72
por cada área y registrados por año. El detalle de la clasificación y estadísticas de la
misma se puede apreciar en el Anexo 1.
En la tabla 5 se puede observar un resumen con el número de profesiona les
especializados en cada rama, tomando en cuenta la relación que guarda con cada etapa
del proceso de bioimpresión.
Tabla 5. Resumen de las principales ramas según datos de Senescyt.
Proceso Rama Cantidad total
de profesionales
Fabricación de materiales y máquinas partiendo del
reordenamiento de átomos y moléculas. Se utiliza en la
creación de las biotintas y mantenimiento de partes de la bioimpresora.
Nanotecnología 17
Utilización de células vivas para creación o modificación de
productos o procesos, producir nuevos tejidos de piel mediante un software.
Biotecnología 151
Combinación de células para
mejorar o reemplazar funciones biológicas de tal forma que las
células se adapten y el paciente acepte el implante de piel impresa.
Se requiere conoce conocimientos de biomedicina
para aplicar esta rama.
Ingeniería del tejido (medicina regenerativa)
4
Obtención y desarrollo de imagen la herida en 3D para obtener de forma rápida
imágenes del paciente en alta calidad.
Escaneo y visualización 0
Continúa en la siguiente página
73
Proceso Rama Cantidad total
de profesionales
Análisis de la imagen 3D
extraída de la herida del paciente para crear modelos 3D y elaborar implantes y tejidos
personalizados.
Modelado 3D y medicina
computacional
7
Trasplante de piel impresa en el
área afectada del paciente.
Cuidados previos y posteriores de la zona quemada.
Cirugía plástica 200
Modificaciones de la estructura de las moléculas para servir de
soporte y poseer propiedades antimicrobianas, con el fin de beneficiar la integración del
implante al cuerpo.
Química orgánica 19
Manejo del equipo electrónico
biomédico y software bioinformático para el diseño del tejido y bioimpresón.
Bioingeniería 13
Estudio de las células y su
interacción con el ambiente para mantenerlas vivas. Evaluación de la seguridad y
eficacia de las células.
Bilogía molecular y
celular
26
Estudio del material orgánico
para impresión de tejidos biológicos.
Esta rama combina la
biotecnología y la ingeniería de tejidos.
Biología de los materiales
0
Tratamiento y cuidado de la piel sana y enferma, especialmente en la parte física-estética de la
misma.
Dermatología 427
Continuación de la Tabla 5. Resumen de las principales ramas según datos de Senescyt.
Continúa en la siguiente página
74
Proceso Rama Cantidad total
de profesionales
Funcionamiento de una bioimpresora y manejo de software.
Diseño Industrial 436
Desarrollo de biomateriales y tejidos utilizando la técnica de
biosensing, extracción de imagen de la herida del paciente.
Biomedicina 103
Soporte y mantenimiento de la bioimpresora.
Ingeniería de equipos biomédicos
2
Fuente: (SENESCYT & SNIESE, 2018).
Elaboración: Daniela Rodríguez
4.2 RESULTADOS FASE 2:
Necesidades de bioimpresión 3d de piel humana
4.2.1 Estudio de mercado
La finalidad de este estudio es conocer si existe un público disponible e
interesado en la metodología de bioimpresión 3D que se plantea, por tanto aquí es
importante evidenciar con resultados y datos la existencia de cirujanos plásticos
insatisfechos con el método tradicional de injerto de piel y otorgar soluciones a cada
aspecto negativo que se presente.
Como se detalló en la tabla 3 del apartado 3.1.1 las encuestas fueron aplicadas
a cirujanos plásticos del Hospital Eugenio Espejo, pues cuenta con una incidencia de
400 pacientes anuales en la Unidad de Quemados, incluyendo los que han fallec ido
dentro del hospital y los que han sido dados de alta por lesiones mínimas, siendo así
un número significativo con el que se pudo llevar a cabo la investigación en este
Hospital.
Continuación de la Tabla 5. Resumen de las principales ramas según datos de Senescyt.
75
4.2.1.1 Resultados e interpretación de las encuestas
Se realizó encuestas a seis cirujanos plásticos para recolectar informac ión
acerca de los problemas que presentan en el proceso de injertos de piel, entre otra
información que ayudó al análisis de las necesidades que genera los injertos comunes.
Las preguntas de la encuesta realizada se pueden ver en el Anexo 2.
A continuación se presentan los resultados de la muestra y de las diferentes
preguntas que conforman la encuesta, algunos de los resultados se diagramaron en
gráficas circulares para mostrar las proporciones de un conjunto de datos y, por otro
lado también se ha empleado diagramas de afinidad para un mejor entendimiento,
recolección y categorización de resultados.
Analizando los diagramas de afinidad (ver Anexo 5) aplicados al resto de
preguntas, se obtuvo en el primer diagrama que entre los principales problemas que
presentan los cirujanos al momento de implantar piel en los pacientes son: infección y
riesgo de rechazo del injerto, falta de donadores, muchas veces atienden pacientes con
quemaduras en pieles de más del 20% de quemaduras de II grado y 15% de III grado,
lo que resulta un limitante de zonas sanas para la extracción de piel. Uno de los
problemas que no se puede evitar es la extracción de otra zona del cuerpo sana, lo que
obligatoriamente deja un área cruenta, es decir que produce o muestra derrame de
sangre.
En el análisis del segundo diagrama de afinidad se tiene que las principa les
razones por las que un paciente se somete a un injerto de piel se encuentran
principalmente quemaduras, heridas con pérdida cutánea completa, necrosis
infecciosas o traumáticas del tejido de piel, cobertura de heridas traumáticas y úlceras.
76
Con respecto al tercer diagrama, según los cirujanos del área de quemados del
Hospital Eugenio Espejo, el tiempo que les toma en el proceso de injerto desde la
extracción de piel sana hasta injertar en la herida es de 2 horas para injertos pequeños
de menos del 10% de superficie corporal, este tiempo depende de la superficie a cubrir,
tamaño, patología, evolución y la cantidad de zonas donadoras sanas. En caso de ser
una herida grande de más del 20%, requiere de varias cirugías ya que explican que no
se puede extraer la totalidad de piel sana para la curación, y se requiere de al menos 2
semanas para que la zona de donde se extrajo piel, pueda epitelizar y posteriormente
volver a extraer piel sana, lo que exige varias sesiones de cirugías hasta cubrir
totalmente la herida, dando un tiempo total de 4 meses.
Del cuarto diagrama se obtuvo que dentro de los limitantes y condiciones para
realizar injertos de piel, los cirujanos mencionan la falta de áreas donadoras sanas en
pacientes con heridas muy grandes, infecciones, exposición de áreas cruentas, estado
del lecho dador y receptor y la limpieza del tejido para evitar infecciones graves.
Con respecto al último diagrama se analizó la satisfacción de los paciente al ser
sometidos a un injerto de piel, y se obtuvo que en casos en los que las heridas son
pequeñas, el paciente se siente satisfecho, pero al ser heridas mucho más grandes, se
sienten curados y a la vez inconformes porque se ha tenido que extraer piel de otras
zonas de su cuerpo para curar las heridas, generando más cicatrices notorias en su
cuerpo a parte del área injertada. Por otro lado los pacientes se sienten satisfechos ya
que no hay más opciones y tienen que aceptar el injerto.
77
En otros casos existe un pequeño porcentaje que presentan problemas de
cicatrización y rechazos de piel, generando insatisfacción y decepción por parte del
paciente.
Siguiendo con el análisis de las encuestas, en la Figura. 21, se indica que el 83%
de los doctores realizan 12 injertos aproximadamente al mes, el doctor menciona que los
pacientes atendidos en la Unidad de Quemados no son solo afectados por quemaduras, sino
también enfermedades o infecciones cutáneas graves. El 17% correspondo a 15 injertos de piel
al mes.
Figura 21. Cantidad de injertos intervenidos al mes.
Elaboración: Daniela Rodríguez
El 83% de los cirujanos comentaron que si debería existir otro método diferente para
trasplante, en lugar del tradicional método de injerto de piel, pues mencionaron que si siempre
y cuando se logre demostrar científicamente y facilite el proceso de injerto. Además sugieren
que debería existir un método que permita coberturas más amplias sin depender de zonas
donadoras o injertos cadavéricos y, a su vez porque en el caso de pacientes con quemaduras
graves carecen de zonas sanas para la extracción de piel. El 17% de los cirujanos mencionó
que no existe otro método, pues no conoce alguno en especial. (Ver Figura. 22).
83%
17%
12 15
78
Figura 22. Cantidad de doctores que opinan que debería existir otro método diferente para
trasplante, en lugar del método tradicional de injerto de piel.
Elaboración: Daniela Rodríguez
La Figura. 23 indica que el 50% de cirujanos encuestados si conocen o han
oído hablar de bioimpresión 3D de piel humana, pero no lo han visto ni trabajado en
lo experimental, comentan que es un tema que requiere mayor profundización e
información con mayor evidencia científica.
El otro 50% mencionan que no conocen nada y que es un tema totalmente
nuevo para ellos, uno de los cirujanos afirma que lo único que ha leído es sobre el
cultivo de células en Perú.
83%
17%
SI NO
79
Figura 23.Cantidad de cirujanos que han oído hablar de la Bioimpresión 3D de piel
humana.
Elaboración: Daniela Rodríguez
Resumen e interpretación general de los resultados
Los resultados presentados anteriormente, permitieron llegar a un anális is
concreto y a extraer la visión que los cirujanos tienen de la realidad de su día a día en
su campo médico laboral, traduciéndolos en necesidades que genera el método común
de injertos de piel de heridas grandes para así llegar a una solución de la medicina
regenerativa mediante la tecnología de bioimpresión 3D de piel humana.
De los resultados se obtuvo algunos problemas que generan el proceso de
injerto de piel, los mismos que se han traducido en necesidades para poder brindar la
solución adecuada a cada una estas.
En la tabla 6 se detalla cada necesidad con su respectiva solución basándose en
la bioimpresión 3D de piel humana.
50%50%
SI NO
80
Tabla 6. Necesidades generadas a partir de injertos de piel y soluciones brindadas
basadas en Bioimpresión 3D de piel humana.
NECESIDAD SOLUCIÓN
Reducción de tiempo en el proceso de injerto en quemaduras grandes sin requerir de varias cirugías hasta completar la curación completa de la herida.
Gracias al proceso automatizado de la bioimpresión 3D, se puede imprimir piel día y noche sin descansar, y al mismo tiempo evita la extracción de piel lo que optimiza el tiempo de trasplante. EL tiempo que tarda en imprimir piel es de 1 día para cubrir la mitad del cuerpo humano.
Método que permita coberturas de heridas más amplias sin depender de zonas donadoras o injertos cadavéricos
Con la tecnología de Bioimpresión 3D se puede imprimir la cantidad de piel necesaria para cubrir el cuerpo entero.
Piel sana para pacientes con quemaduras grandes de II y III grado profundo que carecen de zonas sanas
Evitar el rechazo e infección de piel en los injertos
Gracias al uso de biotintas con las células del propio paciente se evitan los rechazos
Evitar la extracción de piel de otra zona sana del cuerpo para no dejar áreas cruentas.
La bioimpresión 3D de piel humana evita la extracción de otras zonas del cuerpo para curar la herida
Cubrir heridas con pérdida cutánea no solo por quemaduras sino por necrosis, úlceras y otras enfermedades de la piel
La piel impresa se la puede trasplantar en cualquier zona y no necesariamente por quemaduras. Además tiene utilidad para piel autóloga y alogénica
Elaboración: Daniela Rodríguez
Demanda de pacientes con quemaduras grandes
De este análisis se obtiene también que la demanda de pacientes con quemaduras o
enfermedades de la piel es de 12 al mes, dando un total de 144 atendidos en la Unidad de
Quemados del Hospital Eugenio Espejo anualmente.
81
4.2.1.2 Caso de estudio aplicado en un paciente de la Unidad de Quemados
En el quirófano de la Unidad de Quemados del Hospital Eugenio Espejo se
pudo presenciar el proceso de injerto de piel a un paciente con infección de tejidos
celulares causado por presencia de bacterias en la zona afectada. El paciente fue un
adulto de 60 años, sexo masculino. En la Figura. 24 se observa que la zona afectada es
la parte inferior de la pierna izquierda, el paciente presenta un 6% de lesión
perteneciente al tercer grado de profundidad.
Figura 24. Infección de tejidos celulares producido por bacterias en un paciente de sexo masculino de 60 años de edad.
Fuente: Unidad de Quemados Hospital Eugenio Espejo.
En la Figura. 25 se observa la limpieza de la herida extrayendo y raspando la piel
superficial dañada para dejarla libre de bacterias y poder implantar el injerto. Se limpia la
herida con paños humedecidos de agua oxigenada.
Figura 25. Limpieza de la herida.
Fuente: Unidad de Quemados Hospital Eugenio Espejo
82
Se extrajo 3 fragmentos de injerto de piel de la parte superior de la misma pierna con
ayuda del dermatomo tal y como se muestra en la Figura. 26. Las dimensiones de cada
fragmento de injerto fueron (200x80x1.2) mm. Una vez extraída la piel sana, se realiza la
curación y limpieza de la zona para evitar infecciones, se cubre la zona con gasas. El tiempo
que tarda en epitelizar dicha zona es de 2 semanas. Durante el tiempo de epitelización el
paciente presentará ardores y malestares muy dolorosos.
Figura 26. Extracción de fragmentos de piel sana utilizando el dermatomo.
Fuente: Unidad de Quemados Hospital Eugenio Espejo
En la Figura. 27 se observa el proceso de injerto de piel sana sobre la herida,
se utilizaron los 3 fragmentos para cubrir la superficie total. Los pequeños agujeros
llamados cocos, se realizaron para alcanzar a cubrir toda la herida y así evitar extraer
otro fragmento de piel. No se requiere sutura ya que la piel se integra por si sola.
Figura 27. Injerto de piel sana sobre la zona de la herida.
Fuente: Unidad de Quemados Hospital Eugenio Espejo
83
En la Figura. 28 de la izquierda se observa el injerto de piel cubierto con gasas
vaselinadas para calmar el dolor de la herida, posteriormente se cubre con batas mojadas como
se ve en la figura del medio y, finalmente se vuelve a cubrir la zona afectada con gasas secas
como se muestra en la figura de la derecha.
Se debe esperar 72 horas para que se pegue la piel, en caso de rechazo se debe hacer
nuevamente el proceso de injerto. Para terminar de integrar y curar totalmente la piel a la
herida se requiere de 3 semanas más. Todo este proceso de injerto tuvo una duración de 2
horas.
Figura 28. Cubrimiento y vendaje de la herida del paciente.
Fuente: Unidad de Quemados Hospital Eugenio Espejo
4.2.1.3 Análisis de la demanda
Considerando que se trata de una técnica y producto relativamente nuevo, se
espera penetrar en el mercado con un porcentaje de pacientes del 1% durante el primer
año de un total de cinco años que se evaluarán en el presente proyecto, pues según el
Dr (Rubio, Entrevista de estadísticas de pacientes ingresados por quemaduras u otros
al mes , 2018) menciona que el incremento anual de pacientes no aumenta
significativamente por lo que considera el 1% como incremento. Para analizar la
proyección futura se toman en cuenta distintas variables, entre ellas se tiene el
desarrollo de la bioimpresión 3D, de la que se espera un crecimiento para 2025 según
Nieves Cubo (CLUSTER SALUD, 2017). Así mismo, se apunta a un requerimiento
del servicio de fabricación 3D de piel para diferentes hospitales del país, lo que apunta
84
la adquisición de equipos más grandes e introducir economías de escala que provocará
el abaratamiento progresivo.
Estas variables analizadas junto con el número de pacientes atendidos en La
Unidad de Quemados al año, cuya distribución no varía significativamente (Ver Tabla
8), permite considerar una mínima expansión de mercado tanto en cantidad de
pacientes como en cantidad de piel demandada (Ver Tabla 9), el detalle de la cantidad
de piel impresa se muestra en el apartado 4.2.2.2
Tabla 7. Número de pacientes atendidos
en la Unidad de Quemados
Año Nº de Pacientes
2007 148
2008 137
2009 155
2010 123
2011 117
Total 680
Fuente: (Rubio, Ortiz, & Rodríguez, 2011)
Tabla 8. Proyección de la demanda.
Año Penetración de mercado
Piel impresa (fragmentos de
169 cm^2)
Mercado Objetivo
1 1,00% 300 136
2 1,15% 345 156
3 1,30% 390 177
4 1,45% 435 197
5 1,60% 480 218
Elaboración: Daniela Rodríguez
85
4.2.2 Estudio técnico
4.2.2.1 Ingeniería de procesos
En la Figura. 29 se observa el diagrama de flujo de proceso que se requiere
para producir la piel mediante el método de Bioimpresión 3D. Además se detalla el
tiempo requerido para producir 169 𝑐𝑚2 de piel y los equipos utilizados en cada
operación. De esta manera se establece la secuencia de los procedimientos que se
realizan hasta llegar a la piel impresa.
86
Figura 29. Diagrama de Flujo de Proceso de la producción de piel humana en 3D.
Elaboración: Daniela Rodríguez.
Pa
so
Fa
bric
ació
n
Op
era
ció
n
Alm
acen
am
ien
to
Insp
ecció
n
Esp
era
Descripción de
la operación
Característica del
producto
Característica del
proceso
Tiempo
(seg)Equipos
1Biopsia del
paciente o donante
Trozo de piel de
tamaños de un sello
Extracción de
células.10.000
aproximandamente
600 Sacabocados, nitrogeno líquido
2Separación de
células
Vista microscópica de
la cantidad de células
existentes.
Ailamiento de las
células de la dermis
y epidermis
10800
Microscopio invertido, placas
Petri, Cabina de seguridad
biológica, centrifuga de
sobremesa, autoclave, raspadores
celulares, buffer de incubación,
buffer de estabilización
3
Multiplicación de
las células del
paciente
Multiplicación de las
células en
250.000.000 de
células para cubrir
medio cuerpo humano
Células se cultivan
en un laboratorio
bajo temperatura
óptima
21600
Pipetas, bioreactor, incubadora,
microscopio invertido, baño
termostatizado, contador eléctrico
de células, placas petri, frascos
de cultivo, placas tratadas,
raspadores celulares
4
Adquisición de la
imagen de la
herida
Imagen del tejido de
la piel, tamaño y
profundidad
Extracción mediante
imágenes médicas 1800 Equipos para imágenes médicas
5
Extracción de
datos de la
imágen
Diseño del tejido del
tamaño exacto de la
herida del paciente
Extracción de los
datos gracias a un
software
2700 Software de diseño de tejidos
6Preparación de
biotintas
Células de la dermis
y epidermis sobre un
hidrogel
Las células se
reparten clasificadas
en cuatro jeringas.
600
Jeringas gruesas, raspadores
celulares, agitador vórtex,
contador eléctrico de células,
pipetas, cabina de seguridad
biológica, bioreactor.
7Jeringas
controladas
Cantidad necesaria de
células, proteínas y
factores de
crecimiento
Las jeringas se
colocan en la
bioimpresora.
120 Bioimpresora
8Impresión 3D de
piel
Impresión de gotas de
células de la piel capa
a capa sobre placas
petri según diámetro
de la jeringa
Software que dirige
a la bioimpresora422,5
Laptop, software, biompresora,
placas petri, cabina de seguridad
biológica
9Curtir la piel
impresa
Capa fina como una
oblea. Flexible
Tratamiento de la
piel en una especie
de incubadora
calentada a 37
grados centígrados.
300 Incubadora
10 Control de calidadApariencia y textura
gelatinosa
Bioingenieros
estiran la piel, la
levantan
comprobando que
no se rompa ni se
deforme.
60
Pinzas quirúrgicas, guantes,
placas petri, cabina de seguridad
biológica.
87
4.2.2.2 Tamaño del proyecto
Se investigó la capacidad que tiene una bioimpresora para producir piel
humana, y se obtuvo que para obtener un metro cuadrado de piel, que es la mitad de la
que cubre un cuerpo humano, se necesitan 250.000.000 células, y el doble
(500.000.000 y 600.000.000) para cubrir el cuerpo entero. Estas células se extraen a
partir de una biopsia del paciente, obteniendo alrededor de 10.000 células y se cultivan
en un laboratorio para lograr que se multipliquen hasta al menos 250.000.000 de
células (Rego, 2018).
Este proceso dura dos o tres semanas. Una vez que las células hayan logrado
reproducirse, comienza la bioimpresión de piel utilizando las jeringas controladas de
biotinta. Esta bioimpresora tiene la capacidad de imprimir sin parar y puede fabricar
todos los metros de piel que sean necesarios día y noche siempre y cuando exista la
cantidad necesaria de células del paciente. Para generar 1 𝑚2 de piel se requiere de 2
días (Rego, 2018). Se tiene además que el tiempo necesario para imprimir 100 𝑐𝑚2 de
piel es de 5 minutos, dependiendo de la velocidad de impresión (Cubo, García, Cañiz,
Velasco, & Jorcano, 2016).
Para conocer la velocidad de producción de piel con la que se debe producir al
día para satisfacer la demanda, se ha calculado el takt time con la ecuación (4).
𝑇𝑎𝑘𝑡 𝑇𝑖𝑚𝑒 =𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑥 𝑑í𝑎 (𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠)
𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎 𝑥 𝑑í𝑎 (𝑐𝑚2) (4)
Para esto se obtuvo del apartado 4.2.1.1 que la demanda de pacientes con
quemaduras o heridas por enfermedades cutáneas que requieren injertos atendidos al
mes es de 12 personas.
88
El promedio del porcentaje de superficie corporal para realizar injertos de piel
por quemaduras u otros es del 21% en 5 años, como se puede apreciar en la Figura. 30
con estadísticas del año 2007 al 2011 en el Hospital Eugenio Espejo, hallándose que
las lesiones con mayor incidencia es del 11 a 20% con 245 pacientes, seguido de 195
con heridas menores al 10%, después se tienen las de entre 21% a 40% con 170,
seguidas de 40 afectados entre el 41 al 60%, y por último 30 pacientes con poca
incidencia, que se encuentran con heridas mayores al 61% (Rubio, Ortiz, &
Rodríguez, 2011).
Según el seguimiento de los datos obtenidos, el 21% de superficie corporal
afectada se considera como una cifra promedio mensual de intervenciones en los
pacientes, siendo una constante en la proporcionalidad entre la cantidad de pacientes
y el tiempo en el que son tratados (12 pacientes al mes aproximadamente).
Aunque los datos otorgados por el Hospital que se muestran son del año 2007
al 2011, el Doctor Fernando Rubio, Jefe del Área de Quemados, afirma que esas cifras
no han variado significativamente para el 2018. Además, el cirujano Rubio, en una
reunión establecida con la investigadora de este proyecto, menciona que el máximo
porcentaje de injerto de piel que han intervenido es del 70%, equivalente a 14.000 𝑐𝑚2
de superficie corporal; los pacientes que superan el 71% de lesión presentan un gran
índice de mortalidad y no logran sobrevivir al procedimiento. Estos datos han sido
cruciales para determinar el takt time de este proyecto de investigación.
89
Figura 30. Representación gráfica de la distribución de heridas causadas por quemaduras u
otros según la superficie corporal total.
Fuente: (Rubio, Ortiz, & Rodríguez, 2011).
Por tanto, la cantidad promedio de piel requerida del 21% equivale a 4.200 𝑐𝑚2
para satisfacer la demanda en un mes.
Para calcular el Takt Time se tiene los siguientes datos:
Tabla 9. Datos para el cálculo del Takt Time
Tiempo de funcionamiento de
la impresora 24 horas 1440 minutos
Días laborables Lunes a Domingo
30 días
Demanda (𝑪𝒎𝟐 de piel) 21% de superficie
corporal
4.200 𝑐𝑚2 por mes
Setup de máquina 25 paradas 30 min cada parada
Elaboración: Daniela Rodríguez
Para determinar el setup de máquina y tiempo de cada parada por el cambio de
placa Petri se ha tomado en cuenta los siguientes datos:
90
Tabla 10. Datos para determinar el setup de máquina
Área de impresión (150x160) mm 240 𝑐𝑚2
Velocidad de impresión 40 𝑚𝑚2/s 30 días
Área de placa Petri (130x130) mm 169 𝑐𝑚2 16.900 𝑚𝑚2
Elaboración: Daniela Rodríguez
Con la velocidad de impresión de la bioimpresora se ha determinado el tiempo
que tarda en imprimir una placa petri de 16.900 𝑚𝑚2 que es la medida que cabe en la
cama de impresión; aplicando una regla de tres se obtiene un tiempo de 422,5
segundos; lo que significa que cada 422,5 segundos se requiere hacer un setup. Cada
setup dura 30 minutos aproximadamente, y es conveniente determinar el número de
paradas requeridas.
Entonces, aplicando nuevamente regla de 3:
Si 40 𝑚𝑚2 de piel se imprimen en 1(s), 420.000 𝑚𝑚2 serán impresos en
10.500 segundos. Y si en 422.5 segundos se realiza una parada, en 10.500 segundos
se efectúan 24,85 paradas.
Por tanto se dan 25 paradas de 30 minutos cada una para imprimir 21% de piel,
equivalente a 4.200 𝑐𝑚2 . Además, para completar estos resultados, se tiene que se
requieren 25 placas Petri de 169 𝑐𝑚2 para producir la demanda de un mes.
91
Solución de Takt Time:
Con los datos de la tabla 9 se obtiene lo siguiente:
Tiempo total de producción disponible por día = 1440 min – 30*(25) = 1390 min * 60 (s)
= 41.400 (s).
Producción total por día = 4.200 𝑐𝑚2 𝑎𝑙 𝑚𝑒𝑠
30 𝑑í𝑎𝑠 𝑙𝑎𝑏𝑜𝑟𝑎𝑏𝑙𝑒𝑠 = 140 𝒄𝒎𝟐/día
Entonces:
Takt Time = 41.400 (𝑠) 𝑑í𝑎
140 𝑐𝑚2 día = 295, 71 (seg. por pieza de 169 𝒄𝒎𝟐).
Del cálculo obtenido significa que se requiere producir 169 𝑐𝑚2 de piel cada
295,71 segundos para cumplir con la demanda.
Una vez obtenido el Takt Time, se determina el número de máquinas que se
requiere para cumplir el proceso de impresión de piel. El proceso consta de una sola
operación siendo la impresión como tal, ya que es la actividad más lenta o cuello de
botella de todo el proceso, y la única operación que puede ser controlada en tiempo.
De lo anterior se tiene que el tiempo de ciclo de la máquina es de 422,5
segundos para imprimir una placa de 16.900 𝑚𝑚2 .
Entonces: 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑜𝑖𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑠 =𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑇𝑎𝑘𝑡 𝑇𝐼𝑚𝑒
𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑜𝑖𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑠 =422,5
295,71= 1,4 ≈ 2 𝑏𝑖𝑜𝑖𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟𝑎𝑠
Por tanto se obtuvo que se requiere de 2 bioimpresoras para cumplir con la
demanda.
92
La gráfica de la Figura. 31, indica que se requiere 2 turnos de trabajo.
Figura 31. Gráfica de la operación realizada y su tiempo requerido. Identificación de los 2
turnos para cumplir con la demanda.
Elaboración: Daniela Rodríguez
4.2.2.3 Layout
En el Anexo 6 se observa la distribución en planta del laboratorio de
bioimpresión 3D de piel que cuenta con 7 salas específicas para las actividades más
importantes y aptas para llevar a cabo el proceso.
El presente layout se encuentra distribuido de la siguiente forma:
Sala de instrumentación: Se almacena todo el equipo e instrumentación en
estanterías amplias con varias comparticiones.
Sala de preparación: Esterilización de los equipos a utilizar para el proceso de
cultivo y bioimpresión. Contiene un armario de seguridad de productos químicos
y cuenta con un sistema autónomo de agua ultra pura.
0
100
200
300
400
500
600
1
Tiem
po
(s)
Operación
Takt time*2
Takt time*1
93
Sala de ingeniería tisular: Se extraen las células de la biopsia del paciente,
cuenta con cabina de seguridad biológica para evitar la contaminación y una
incubadora para mantener a las células estables.
Sala biomolecular y cultivos celulares: Se preparan los cultivos para la
multiplicación de las células y preparación de biotintas.
Sala de microscopia: Se analiza el desarrollo de las células, cultivos y el
biomaterial obtenido para la bioimpresión.
Formación de imagen y bioimpresión: Cuenta con dos bioimpresora para la
producción de la piel, el biomaterial necesario, software de diseño de tejidos y el
ordenador que dirige a la bioimpresora. Dentro se encuentra también una cabina
de seguridad biológica para asegurar la ausencia de contaminación.
Sala de almacenaje: se almacena los fragmentos de piel impresos hasta ser
utilizados para el trasplante en el paciente.
Área de investigación: esta área se utiliza para realizar investigaciones, informes
y mantener al laboratorio en orden.
El layout cuenta también con una zona con lockers para guardar el uniforme y
pertenencias del personal. Además cada sala a excepción de instrumentación y
preparación cuenta con mesas de laboratorio con fregadero.
4.2.2.4 Requerimiento de recursos
Tomando en cuenta el tamaño de producción de piel que se ha indicado en el
apartado 4.2.2.2 y, analizando la cantidad de pacientes que asisten al hospital Eugenio
Espejo, se ha determinado que dentro de los recursos que se requieren para llevar a
cabo la bioimpresión 3D de piel humana se encuentran:
94
Tabla 11. Recursos necesarios para montar el laboratorio de bioimpresión 3D de piel humana
Recurso Tiempo
de ciclo
de
máquina
(seg.)
Cant.
(Tiempo
ciclo/takt
time)
Descripción Imagen Área profesional
relacionada para el
uso de cada equipo
Cant. De
profesionales
existentes
EQUIPOS
Bioimpresora 422.5 2 Equipo que permite la producción de piel.
* Nanotecnología * Bioingeniería * Ingeniería de equipos biomédicos
* 17
* 13
* 2
Software Incluido en la impresora
Incluido en la impresora
Programa que permite el diseño del tejido y controla las jeringas de biotinta.
* Biotecnología * Modelado 3D y medicina computacional * Bioingeniería
* 151
* 7
* 13
Continúa en la siguiente página
95
Recurso Tiempo
de ciclo
de máquina
(seg.)
Cant.
(Tiempo
ciclo/takt time)
Descripción Imagen Área profesional
relacionada para el
uso de cada equipo
Cant. De profesionales
existentes
Computadora
1800
6
Ordenador que almacena la información y permite el uso del software y observar los resultados del microscopio
* Biotecnología * Modelado 3D y medicina computacional * Bioingeniería * Biología molecular
* 151
* 7
* 13
* 26
Bio – reactor 600 2 Máquina que cumple la función de incluir los nutrientes en las células. Mantiene vivas a las células y es indispensable durante todo el proceso de cultivo (Gómez, 2016).
*Biología molecular y celular * Biomedicina * Bioingeniería
* 26 * 103
* 13
Agitador
Vórtex
240 1 Se utiliza para agitar pequeños tubos o frascos que contienen líquido.
*Biología molecular y celular * Biomedicina * Bioingeniería
* 26
* 103
* 13
Continuación de la Tabla 11. Recursos necesarios para montar el laboratorio de bioimpresión 3D de piel humana
Continúa en la siguiente página
96
Recurso Tiempo
de ciclo
de máquina
(seg.)
Cant.
(Tiempo
ciclo/takt time)
Descripción Imagen Área profesional
relacionada para el
uso de cada equipo
Cant. De profesionales
existentes
Cabina de seguridad
biológica
1000 3 Utilizada en la manipulación de muestras biológicas para asegurar la ausencia de contaminación del producto durante la manipulación del mismo, además contribuye con una alta protección del operador y del medio ambiente (CITIUS, 2014).
*Biología molecular y celular * Biomedicina * Bioingeniería * Ingeniería del tejido
* 26
* 103 * 13
* 4
Incubadora
de CO2
1000 3 Garantiza el proceso de cultivos celulares y de tejidos debido a que contiene un ambiente natural. Para garantizar el crecimiento y seguridad de las células, la temperatura, la humedad y el contenido de CO2 deben cumplir los requisitos de los cultivos celulares de la mejor manera posible (BINDER, 2017).
*Biomedicina * Ingeniería de tejidos * Biología molecular y celular * Biotecnología
* 103
* 4 * 26
* 151
Centrifuga de
sobremesa multitarea
refrigerada
600 2 Permite la separación gravimétrica de las muestras en general. Fraccionamiento celular, separación de fases (CITIUS, 2014).
* Biología molecular y celular * Química orgánica * Bioingeniería
* 26
* 19 * 13
Continúa en la siguiente página
Continuación de la Tabla 11. Recursos necesarios para montar el laboratorio de bioimpresión 3D de piel humana
97
Recurso
Tiempo
de ciclo
de máquina
(seg.)
Cant.
(Tiempo ciclo/takt
time)
Descripción Imagen
Área profesional
relacionada para el
uso de cada equipo
Cant. De
profesionales
existentes
Microscopio
invertido
1000 3 Se utiliza para cultivos celulares sin haber tenido una previa preparación y sirve para monitorear el crecimiento y comportamiento de las células.
*Biología molecular y celular *Biomedicina * Ingeniería del tejido * Bioingeniería * Biotecnología
* 26
* 103 * 4
* 13
* 151
Baño
termostatizad
o
250 1 Utilizado para atemperar los medios de cultivos a una temperatura constante de 37 ºC para su uso en cultivo celular (IDIPAZ, 2018).
* Biología molecular y celular * Biomedicina * Bioingeniería * Biotecnología
* 26
* 103
* 13
* 151
Continuación de la Tabla 11. Recursos necesarios para montar el laboratorio de bioimpresión 3D de piel humana
Continúa en la siguiente página
98
Recurso Tiempo
de ciclo
de máquina
(seg.)
Cant.
(Tiempo
ciclo/takt time)
Descripción Imagen Área profesional
relacionada para el
uso de cada equipo
Cant. De profesionales
existentes
Autoclave 1 Sirve para la esterilización de material médico o de laboratorio
*Biología molecular y celular *Biomedicina * Ingeniería del tejido * Bioingeniería * Química orgánica
* 26
* 103
* 4
* 13
* 19
Pipetas
serológicas
6 Instrumento volumétrico que se utiliza para el trasvase o medición de fluidos con elevada precisión.
* Biología molecular y celular * Biomedicina * Química orgánica
* 26
* 4
* 19
Equipo de
purificación
de agua
1 Se utiliza en la preparación de los medios de cultivo o en cualquier solución que pueda estar en contacto con el cultivo, permitiendo la esterilidad y ausencia de microorganismos que puedan alterar los mismos (Resino, 2012).
*Biología molecular y celular *Biomedicina
* 26
* 103
Continúa en la siguiente página
Continuación de la Tabla 11. Recursos necesarios para montar el laboratorio de bioimpresión 3D de piel humana
99
Recurso Tiempo
de ciclo
de máquina
(seg.)
Cant.
(Tiempo
ciclo/takt time)
Descripción Imagen Área profesional
relacionada para el
uso de cada equipo
Cant. De profesionales
existentes
Refrigeradore
s de
laboratorio.
1 Sistemas de almacenamiento de piel.
* Biomedicina * Ingeniería del tejido * Biotecnología * Bioingeniería
* 103
* 4
* 151
* 13
Generador de nitrógeno
líquido
1 Utilizado para mantener temperaturas muy por debajo del punto de congelación del agua con el fin de preservar muestras de tejido, conservar muestras biológicas y evitar daños en las estructuras (ECURED, 2012).
*Biología molecular y celular *Biomedicina * Ingeniería del tejido * Biotecnología
* 26
* 103
* 4
* 151
Continúa en la siguiente página
Continuación de la Tabla 11. Recursos necesarios para montar el laboratorio de bioimpresión 3D de piel humana
100
Recurso Tiempo
de ciclo
de máquina
(seg.)
Cant.
(Tiempo
ciclo/takt time)
Descripción Imagen Área profesional
relacionada para el
uso de cada equipo
Cant. De profesionales
existentes
Contador
eléctrico de células
1 Es un instrumento utilizado para contar y medir las células existentes (Resino, 2012).
*Biología molecular y celular *Biomedicina * Biotecnología
* 26
* 103 * 151
MOBILIARIO
Armarios de
seguridad de
productos químicos
2 Almacenamiento del materia y productos químicos a utilizar durante el cultivo de células
*Biología molecular y celular *Biomedicina * Ingeniería del tejido * Bioingeniería * Biotecnología * Química orgánica
* 26
* 103 * 4
* 13
* 151
*19
Contenedores
para basura
6 Almacenamiento de desechos
Continúa en la siguiente página
Continuación de la Tabla 11. Recursos necesarios para montar el laboratorio de bioimpresión 3D de piel humana
101
Recurso Tiempo
de ciclo
de máquina
(seg.)
Cant.
(Tiempo
ciclo/takt time)
Descripción Imagen Área profesional
relacionada para el
uso de cada equipo
Cant. De profesionales
existentes
Contenedores
de residuos
biológicos.
4 Almacenamiento de desechos biológicos
Estanterías 3 Mobiliarios para guardar los productos, herramientas.
Piletas y
fregaderos
para
laboratorio
2 Módulos de fregadero para limpieza de frascos, tubos de ensayo entre otros.
Continúa en la siguiente página
Continuación de la Tabla 11. Recursos necesarios para montar el laboratorio de bioimpresión 3D de piel humana
102
Recurso Tiempo
de ciclo
de máquina
(seg.)
Cant.
(Tiempo
ciclo/takt time)
Descripción Imagen Área profesional
relacionada para el
uso de cada equipo
Cant. De profesionales
existentes
Mesas de
laboratorio
6 Mobiliario de trabajo para una mejor flexibilidad en el laboratorio
Bancos de
trabajo
7 Asientos para el operador
HERRAMIENTAS Y ACCESORIOS
Frascos de
cultivo
16 Facilita el crecimiento efectivo y rápido de las células.
*Biología molecular y celular *Biomedicina * Ingeniería del tejido * Biotecnología
* 26
* 103
* 4 * 151
Continúa en la siguiente página
Continuación de la Tabla 11. Recursos necesarios para montar el laboratorio de bioimpresión 3D de piel humana
103
Recurso Tiempo
de ciclo
de máquina
(seg.)
Cant.
(Tiempo
ciclo/takt time)
Descripción Imagen Área profesional
relacionada para el
uso de cada equipo
Cant. De
profesionales
existentes
Placas Petri 26 Recipientes planos de cristal utilizados para imprimir en ellos la piel
* Biología molecular y celular * Biomedicina * Ingeniería del tejido * Biotecnología
* 26
* 103 * 4
* 151
Placas
tratadas para
cultivo celular
10 Placas con tratamiento para cultivo celular
*Biología molecular y celular *Biomedicina * Ingeniería del tejido * Biotecnología
* 26
* 103
* 4 * 151
Raspadores
celulares
6 Utilizado para el control de raspado de células de la caja Petri y frascos de cultivo.
*Biología molecular y celular *Biomedicina * Ingeniería del tejido * Biotecnología
* 26
* 103
* 4 * 151
Continúa en la siguiente página
Continuación de la Tabla 11. Recursos necesarios para montar el laboratorio de bioimpresión 3D de piel humana
104
Recurso Tiempo
de ciclo
de máquina
(seg.)
Cant.
(Tiempo
ciclo/takt time)
Descripción Imagen Área profesional
relacionada para el
uso de cada equipo
Cant. De profesionales
existentes
Reactivos 15 Se utiliza para la separación y cultivo celular.
*Biología
molecular y celular
*26
Pinzas
quirúrgicas
1 set Instrumental para la manipulación de la piel impresa
* Cirugía plástica
* 200
Jeringas
(desechable)
100 Para almacenar la biotinta de la bioimpresora
*Biología molecular y celular *Biomedicina * Ingeniería de tejido * Biotecnología * Bioingeniería
* 26
* 103 * 4
* 151
* 13
Continuación de la Tabla 11. Recursos necesarios para montar el laboratorio de bioimpresión 3D de piel humana
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105
Recurso Tiempo
de ciclo
de máquina
(seg.)
Cant.
(Tiempo
ciclo/takt time)
Descripción Imagen Área profesional
relacionada para el
uso de cada equipo
Cant. De profesionales
existentes
Guantes
quirúrgicos
(desechable)
100 Manipulación de objetos, equipos y cultivos
Uniformes
Esterilizados
(Desechables)
8 Protección del operador
Elaboración: Daniela Rodríguez
Continuación de la Tabla 11. Recursos necesarios para montar el laboratorio de bioimpresión 3D de piel humana
Continuación de la Tabla 11. Recursos necesarios para montar el laboratorio de bioimpresión 3D de piel humana
106
4.2.3 Planificación de Recursos Humanos
4.2.3.1 Estructura del laboratorio
En la dirección del laboratorio de bioimpresión 3D de piel se encuentra el
coordinador del laboratorio, quien se encarga de mantener en orden y asignar
actividades a cada área presente, dentro de las áreas se tiene, área de cultivo celular,
área técnica, área de calidad y área de quipos e instrumentos. (Ver Figura. 32)
Figura 32. Organigrama del laboratorio
Elaboración: Daniela Rodríguez
4.2.3.2 Descripción de actividades
En la tabla 12 se muestra una distribución de las funciones y espacio de trabajo
que corresponde a cada persona que ejercerá sus actividades dentro del laboratorio.
Coordinador de laboratorio
Área de cultivo celular
Preparación de medios de
cultivo
Producción de cultivo
Área Ténica
Extracción de datos y diseño
de tejidos
Sala de esteril ización
Bioimpresión 3D
Área de calidad
Comisión de calidad
Área de quipos e instrumentos
107
Tabla 12. Distribución de funciones y espacio de trabajo al personal de laboratorio
Personal Funciones/Actividades Espacio de trabajo
Doctor en biología
molecular y celular
Estudio de las células y su interacción con el ambiente
para mantenerlas vivas.
Evaluación de la seguridad y eficacia de las células.
Sala biomolecular
y cultivo de tejidos
Sala de microscopía
Ingeniero tisular
Combinación de células
para mejorar o reemplazar funciones biológicas de tal
forma que las células se adapten y el paciente acepte el implante de piel impresa.
Sala de ingeniería tisular
Ingeniero en
biotecnología
Utilización de células vivas para creación o
modificación de productos (biotinta) o procesos,
producir nuevos tejidos de piel mediante un software.
Sala de microscopía
Formación de imagen y
bioimpresión
Bioingeniero
Análisis de la imagen 3D extraída del paciente y
manejo del equipo electrónico biomédico y
software bioinformático para el diseño del tejido y
bioimpresón.
Esterilización del equipo a utilizar.
Formación de imagen y bioimpresión
Sala de preparación
Biomédico
Desarrollo de biomateriales
y tejidos utilizando la técnica de biosensing.
Extracción de imagen de la herida del paciente
Sala biomolecular y
cultivos celulares
Formación de imagen y bioimpresión
Elaboración: Daniela Rodríguez
4.2.3.3 Actividades externas al laboratorio
Cirugía plástica: Trasplante de piel impresa en el área afectada del paciente.
Cuidados previos y posteriores de la zona quemada. El espacio de quirófano y
cirujano plástico no se ha tomado en cuenta dentro del laboratorio, ya que el Hospital EE
cuenta con esta área, pero que se incluye en el proceso de bioimpresión 3D de piel.
108
Servicio de limpieza: El Hospital cuenta con personal de limpieza para cada área
y sala dedicadas a las tareas necesarias para mantener y promover la higiene en
cada espacio.
Servicio de mantenimiento de la bioimpresora: El soporte técnico de la
máquina será cada año y dependiendo del uso que se le dé.
4.2.3.4 Sueldos y Ganancias
Los empleados públicos tienen su remuneración mensual establecida según la
ley laboral vigente del Ministerio de Trabajo. Los empleados a desempeñar sus
actividades dentro del laboratorio pertenecen al grupo ocupacional Servidor Público
12 con una remuneración de $2.641,00 para médicos con títulos de tercer nivel y
$2.967,00 para cuarto nivel de especialidad como se observa en la Figura. 33
Figura 33. Escala de remuneraciones del sector público.
Fuente: (InformaciónEcuador, 2019)
109
4.3 RESULTADOS FASE 3
Rentabilidad económica de piel humana impresa en 3D para su implementación.
4.3.1 Estudio Económico y Financiero
4.3.1.1 Inversión total
4.3.1.1.1 Inversiones
En la tabla 13 se detalla la inversión inicial que corresponde a la adquisic ión
de los activos fijos o bienes duraderos que son indispensables para la producción, se
detalla también los activos diferidos o intangibles que son necesarios para llevar a cabo
la tecnología 3D planteada en esta investigación.
Tabla 13. Presupuesto de inversión.
Conceptos Cant. Costo Unit. Costo total
Activos fijos
Bioimpresora y software 2 $ 25.679,27 $ 51.358,54
Laptop 6 $ 800,00 $ 4.800,00
Bio-reactor 2 $ 2.900,00 $ 5.800,00
Agitador Vórtex 1 $ 280,00 $ 280,00
Cabina de seguridad Biológica 3 $ 850,00 $ 2.550,00 Incubadora de CO2 3 $ 1.400,00 $ 4.200,00
Centrifuga de sobremesa multitarea refrigerada
2 $ 950,00 $ 1.900,00
Microscopio invertido 4 $ 400,00 $ 1.600,00
Baño termostatizado 1 $ 434,75 $ 434,75
Autoclave 1 $ 535,00 $ 535,00
Pipetas serológicas 15 $ 13,92 $ 208,80
Equipo de purificación de agua 1 $ 348,00 $ 348,00
Contador eléctrico de células 1 $ 190,00 $ 190,00
Armarios de seguridad de productos químicos
2 $ 300,00 $ 600,00
Raspadores celulares 10 $ 150,00 $ 1.500,00
Juego de pinzas quirúrgicas 2 $ 15,00 $ 30,00
Estanterías 3 $ 90,00 $ 270,00
Continúa en la siguiente página
110
Conceptos Cant. Costo Unit. Costo total
Piletas y fregaderos para laboratorio 2 $ 280,00 $ 560,00
Mesas de laboratorio 6 $ 400,00 $ 2.400,00
Bancos de trabajo 7 $ 55,00 $ 385,00
Refrigeradoras de laboratorio 1 $ 700,00 $ 700,00
Generador de Nitrógeno líquido 1 $ 1.400,00 $ 1.400,00
Contenedores para basura 6 $ 12,00 $ 72,00
Contenedores de residuos biológicos.
4 $ 19,00 $ 76,00
Extintor 1 $ 26,00 $ 26,00
Subtotal $ 82.224,09
Activos diferidos
Capacitación por uso de bioimpresora
1 $ 3.000,00 $ 3.000,00
Acondicionamiento del laboratorio 1 $ 10.000,00 $ 10.000,00
Asistencia técnica 1 $ 700,00 $ 700,00
Subtotal $ 13.700,00
TOTAL $ 95.924,09
Fuente: Elaboración propia
4.3.1.1.2 Costos variables
En la tabla 14 se presenta los costos variables para cada año en los que se evalúa
el presente proyecto. Los precios están considerados para una placa Petri de 169 𝑐𝑚2
(costo variable unitario). El detalle del cálculo de los costos variables totales se puede
ver en el Anexo 7.1
Tabla 14. Costos variables anuales
Costos variables Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5
Placas Petri $ 2,50 $ 2,50 $ 2,50 $ 2,50 $ 2,50
Placas para cultivo celular
$ 4,00 $ 4,00 $ 4,00 $ 4,00 $ 4,00
Reactivos para cultivo celular
$ 90,00 $ 90,00 $ 90,00 $ 90,00 $ 90,00
Jeringas (6) $ 1,50 $ 1,50 $ 1,50 $ 1,50 $ 1,50
Frascos de cultivo $ 160,00 $ 160,00 $ 160,00 $ 160,00 $ 160,00
Costo Variable
Unitario $ 258,00 $ 258,00 $ 258,00 $ 258,00 $ 258,00
Costo Variable
Total $ 26.615,40 $ 31.051,30 $ 35.487,20 $ 39.923,10 $ 44.359,00
Elaboración: Daniela Rodríguez
Continuación de la Tabla 13. Presupuesto de inversión.
111
4.3.1.1.3 Costos fijos
En la tabla 15 se detallan los costos fijos del proyecto para cada año durante
los primeros 5 años. El detalle del cálculo de los costos fijos se puede ver en el Anexo
7.2
Tabla 15. Costos fijos anuales
Costos fijos Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5
Empleados* $ 221.844,00 $ 221.844,00 $ 221.844,00 $ 221.844,00 $ 221.844,00
Electricidad** $ 1.337,26 $ 1.337,26 $ 1.337,26 $ 1.337,26 $ 1.337,26
Uniformes*** $ 3.030,00 $ 3.030,00 $ 3.030,00 $ 3.030,00 $ 3.030,00
Total Costos
fijos $ 226.211,26 $ 226.211,26 $ 226.211,26 $ 226.211,26 $ 226.211,26
*Ver cálculo de empleados en el Anexo 7.2.1 **Ver cálculo de electricidad en el Anexo 7.2.2
***Ver cálculo de uniformes en el Anexo 7.2.3
Elaboración: Daniela Rodríguez
4.3.1.2 Punto de equilibrio
EL punto de equilibrio sirve como referente necesario para la planificación de
la producción y toma de decisiones referentes a los precios, ya que al tener la demanda
de piel y los costos conferidos a esta, se consigue calcular el precio de venta unitar io
para no generar pérdidas.
Para calcular el precio de venta de un fragmento de piel impresa en placa Petri
de 169 𝑐𝑚2 se emplea ecuación (5) del punto de equilibrio, en donde los ingresos son
iguales a los costos totales:
𝐼𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 (𝐼𝑇) = 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜𝑠 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠(𝐶𝑇)
𝑃𝑣 ∗ 𝑄 = 𝐶𝑉 ∗ 𝑄 + 𝐶𝐹 (5)
112
En donde:
𝑃𝑣 = 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑎
𝑄 = 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠
𝐶𝑉 = 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜
𝐶𝐹 = 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜𝑠 𝑓𝑖𝑗𝑜𝑠
Entonces, considerando una demanda inicial de 300 placas Petri de piel, un
costo variable unitario de $258,00 y unos costos fijos de iguales a $ 226.211,26, se
determina que el precio mínimo de venta es de $1012,04 por cada unidad para no
generar pérdidas durante el primer año.
𝑃𝑣 =𝐶𝐹 + 𝐶𝑉 ∗ 𝑄
𝑄 (5)
𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑎 =160.517,26 + 258 ∗ 300
300 = $𝟏𝟎𝟏𝟐,𝟎𝟒
Del resultado de este análisis, se tiene que se debe vender sobre los $303.611,26
en el primer año, equivalente a 300 placas para cubrir los costos totales. Una vez
superado este punto de ventas, se generará utilidad para el hospital Eugenio Espejo
(Ver Figura. 34)
113
Figura 34. Punto de Equilibrio
Elaboración: Daniela Rodríguez
114
4.3.1.2.1 Precio
Basándose en los costos y proyección de la demanda en el primer año, se
iniciará con un precio de penetración de $1.200,00 para buscar espacio en el
mercado al ser un producto nuevo. Esta táctica es importante ya que se trata de
un mercado que muestra una considerable sensibilidad al precio.
Otro beneficio de esta decisión se encuentra en, que si se conserva este
precio fijo, es decir sin incrementos para los años consecutivos, se generará un
incremento en la demanda, el mismo que producirá un aumento de utilidad y se
mostrará en ganancias que se incrementarán anualmente (Ver Tabla 16).
Tabla 16. Análisis Precio de venta y Margen de Utilidad
Año Unidades Costo Fijo Costo
Variable Precio
Mínimo Margen de
Utilidad Precio de
Venta 1 300 $ 226.211,26 $ 258,00 $ 1.012,04 19% $ 1.200,00
2 345 $ 226.211,26 $ 258,00 $ 913,68 31% $ 1.200,00
3 390 $ 226.211,26 $ 258,00 $ 838,03 43% $ 1.200,00
4 435 $ 226.211,26 $ 258,00 $ 778,03 54% $ 1.200,00
5 480 $ 226.211,26 $ 258,00 $ 729,27 65% $ 1.200,00
Elaboración: Daniela Rodríguez
4.3.1.3 Flujo de fondos
Después de analizar todos los factores relacionados a los costos,
inversiones y precio fijo de venta, se establece el flujo de fondos en base a la
tabla a continuación.
Como se observa en la tabla 17, desde el primer año de implementac ión
del proyecto, el flujo de fondos es positivo, lo que significa que los ingresos han
superado los gastos totales, generando utilidad para el negocio.
115
También se puede apreciar un aumento anual del flujo de fondos, debido
a un incremento en las ventas y a que los costos variables no generan una
significante criticidad para el rendimiento del negocio.
Tabla 17. Flujo de Fondos
Descripción Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5
Ingresos por ventas
Venta de placas de 13X13 cm de piel impresa
$ 300.000,00 $ 345.000,00 $ 390.000,00 $ 435.000,00 $ 480.000,00
Total ingresos $ 300.000,00 $ 345.000,00 $ 390.000,00 $ 435.000,00 $ 480.000,00
Egresos Variables
Total Placas Petri $ 375,00 $ 437,50 $ 500,00 $ 562,50 $ 625,00
Total Placas para cultivo celular $ 600,00 $ 700,00 $ 800,00 $ 900,00 $ 1.000,00
Total reactivos para cultivo
celular $ 13.500,00 $ 15.750,00 $ 18.000,00 $ 20.250,00 $ 22.500,00
Total Jeringas $ 140,40 $ 163,80 $ 187,20 $ 210,60 $ 234,00
Total frascos de cultivo $ 12.000,00 $ 14.000,00 $ 16.000,00 $ 18.000,00 $ 20.000,00
Total egresos variables $ 26.615,40 $ 31.051,30 $ 35.487,20 $ 39.923,10 $ 44.359,00
Egresos Fijos
Empleados $ 221.844,00 $ 221.844,00 $ 221.844,00 $ 221.844,00 $ 221.844,00
Electricidad $ 1.337,26 $ 1.337,26 $ 1.337,26 $ 1.337,26 $ 1.337,26
Uniformes $ 3.030,00 $ 3.030,00 $ 3.030,00 $ 3.030,00 $ 3.030,00
Total egresos fijos $ 226.211,26 $ 226.211,26 $ 226.211,26 $ 226.211,26 $ 226.211,26 Saldo preliminar
$ 107.173,34 $ 156.737,44 $ 206.301,54 $ 255.865,64 $ 305.429,74 Inversiones
Bioimpresora y software $ 51.358,54 - - - -
Laptop $ 4.800,00 - - - -
Bio-reactor $ 5.800,00 - - - -
Agitador Vórtex $ 280,00 - - - -
Cabina de seguridad Biológica $ 2.550,00 - - - -
Incubadora de CO2 $ 4.200,00 - - - -
Centrifuga de sobremesa
multitarea refrigerada $ 1.900,00 - - - -
Microscopio invertido $ 1.600,00 - - - -
Baño termostatizado $ 434,75 - - - -
Autoclave $ 535,00 - - - -
Pipetas serológicas $ 208,80 - - - -
Equipo de purificación de agua $ 348,00 - - - -
Contador eléctrico de células $ 190,00 - - - -
Armarios de seguridad de
productos químicos $ 600,00 - - - -
Raspadores celulares $ 1.500,00 - - - -
Juego de pinzas quirúrgicas $ 30,00 - - - -
Estanterías $ 270,00 - - - -
Continúa en la siguiente página
116
Descripción Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5
Piletas y fregaderos para laboratorio
$ 560,00 - - - -
Mesas de laboratorio $ 2.400,00 - - - -
Bancos de trabajo $ 385,00 - - - -
Refrigeradoras de laboratorio $ 700,00 - - - -
Generador de Nitrógeno líquido $ 1.400,00 - - - -
Contenedores para basura $ 72,00 - - - -
Contenedores de residuos
biológicos. $ 76,00 - - - -
Extintor $ 26,00 - - - -
capacitación por uso de
bioimpresora $ 3.000,00 - - - -
Acondicionamiento del
laboratorio $ 10.000,00 - - - -
Asistencia técnica $ 700,00 - - - -
Total Inversiones $ 95.924,09 - - - -
Saldo antes de impuestos $ 11.249,25 $ 156.737,44 $ 206.301,54 $ 255.865,64 $ 305.429,74
Impuesto (0%) - - - - - Flujo de Fondos Nominal $ 11.249,25 $ 156.737,44 $ 206.301,54 $ 255.865,64 $ 305.429,74
Flujo de Fondos Acumulado $ 11.249,25 $ 167.986,69 $ 374.288,23 $ 630.153,87 $ 935.583,61
Elaboración: Daniela Rodríguez
Continuación de la Tabla 17. Flujo de Fondos
Continuación de la Tabla 17. Flujo de Fondos
117
4.3.2 Evaluación Financiera
4.3.2.1 Tasa Interna de Retorno (TIR)
El cálculo de la TIR muestra una medida de la rentabilidad del proyecto, pues,
a mayor resultado de la TIR, mayor será la rentabilidad. Esta tasa obtenida a partir de
la ecuación (2) se compara con la tasa de interés y se realiza la aceptación del proyecto
bajo algunos criterios, en este caso al ser mayor el valor obtenido de la TIR, el proyecto
de inversión se acepta (Ver tabla 18).
Tabla 18. Evaluación de La TIR
TIR Calculada Criterio de aceptación Decisión según el criterio
100,15% > 8,48 % Proyecto de inversión aceptado
Elaboración: Daniela Rodríguez
La tasa de interés igual a 8,48% se ha tomado de la tasa mínima de invers ión
pública dada por el Banco Central del Ecuador (Ver Anexo 8), debido a que el presente
proyecto tiene un financiamiento con fondos propios pertenecientes al estado, y por
tanto no requiere de fondos externos.
4.3.2.2 Valor Actual Neto (VAN)
Para el cálculo del VAN se emplea la ecuación (1) y se considera todos los
flujos de efectivo presentes descontando la tasa de interés, obteniendo así la
rentabilidad económica del proyecto. Al igual que la TIR, el VAN se basa en criterios
de decisión, en este caso al obtener un resultado mayor que cero, se considera que el
proyecto generará beneficios económicos (Ver tabla 19).
118
Tabla 19. Evaluación del VAN
VAN Calculado Criterio de aceptación Decisión según el criterio
$ 597.315,06 > 0 Proyecto de inversión aceptado
Elaboración: Daniela Rodríguez
4.3.2.3 Retorno de Inversión (ROI)
Para el cálculo del retorno de inversión se emplea la ecuación (3) y sirve para
saber cuánto el Hospital ha ganado a través de sus inversiones. Para esto se ha tomado
en cuenta las ganancias en cada año y la inversión inicial.
Como se observa en la Figura. 35, el primer año indica la pérdida de un 88%
de la inversión, para el año 2 se tiene un 63% de retorno de la inversión, el tercer año
muestra un poco más del doble de lo invertido, el año 4 indica un 145% de retorno, y
finalmente para el año 5 se tiene el triple de la inversión con un 218%.
Figura 35. Retorno de inversión en cada año estudiado
Elaboración: Daniela Rodríguez
1 2 3 4 5
ROI -88% 63% 115% 167% 218%
-150%
-100%
-50%
0%
50%
100%
150%
200%
250%
RO
I
Años
Retorno de Inversión (ROI)
119
CAPÍTULO V
DISCUSIÓN
En el presente trabajo de investigación, se ha determinado la factibilidad de
implementación de la Bioimpresión 3D de piel humana en Quito, con investigaciones
basadas en el Área de Quemados del Hospital de Especialidades Eugenio Espejo.
Empezando con el análisis de estudio, se tiene que la cantidad de profesiona les
en el país con conocimientos afines a la técnica son suficientes para emprender esta
tecnología de bioimpresión, de los cuales se han seleccionado los que están
directamente relacionados, dando un total de siete personas las que formarán parte del
laboratorio; dos Bioingenieros, un doctor en Biología Molecular y Celular, un
Ingeniero Tisular, un Ingeniero en Biotecnología y dos Biomédicos.
De las encuestas aplicadas a los seis cirujanos plásticos se obtuvo las
principales necesidades que generan los injertos de piel, las cuales se centran
principalmente en la falta de áreas donadoras sanas para la extracción de piel en heridas
amplias que sobrepasan el 75% de superficie corporal quemada o afectada por
enfermedades de la piel, otra es el posible rechazo del injerto causado por la presencia
de bacterias, se suma a estos las áreas cruentas causadas por la extracción de piel con
el dermatomo, generando más cicatrices, más dolor y mayor tiempo de recuperación.
Gracias al caso de estudio aplicado en un paciente de la Unidad de Quemados, se pudo
evidenciar varios de los problemas antes mencionados, ante el caso presenciado, se
puede decir que uno de los peores pacientes que hay en un Hospital, es el quemado o
enfermo de la piel, pues el dolor es demasiado fuerte y su tiempo de recuperación
puede variar de acuerdo al tamaño de la herida.
120
La demanda de pacientes, obtenidos de estadísticas del Hospital Eugenio
Espejo en un período de 5 años, desde 2007 hasta 2011, ha servido para determinar la
cantidad promedio anual de personas atendidas para injertos de piel, sin contar los que
han fallecido antes del injerto y pacientes dado de alta por heridas menores, dando un
total de 136 pacientes y una media de 21% de piel requerida al mes, equivalente a
4.200 𝑐𝑚2 para cubrir la demanda. Los datos actualizados no se han podido utilizar en
este proyecto debido a que no se encuentran publicados y no se ha realizado por el
momento un estudio actual. Sin embargo como se había mencionado anteriormente, el
Doctor Fernando Rubio, jefe del Área de Quemados afirma no existir una variación
significativa con respecto a los datos brindados hasta 2011.
Del cálculo del takt time, se determinó que cada 295,71 segundos se requiere
imprimir una unidad hasta completar la demanda de un día, en este caso una unidad
representa una placa Petri de (13x13)𝑐𝑚2 de piel. El takt time es el encargado de
mantener un ritmo de producción constante y principalmente sincronizado con la
demanda. Al obtener un Takt time inferior al tiempo de ciclo del proceso, significa que
este debe ser más más rápido que la actividad como tal, por lo que no se lograría
producir en un solo turno, en este caso estudiado, se requieren de 2 turnos para lograr
la producción demandada, pues se tiene que el tiempo de ciclo de la impresión es de
422.5 seg. > 295,71 seg. Por otro lado, si un proceso no es capaz de producir al ritmo
determinado por el Takt time, se deberá modificar la demanda, recursos o realizar un
rediseño en el proceso de producción. Siguiendo con el Takt time, se tiene que se
necesitará dos bioimpresoras para cumplir con el ritmo de producción y turnos
requeridos. De todo este análisis, se tiene que la capacidad de producción y velocidad
de impresión de la máquina es apta para cumplir la demanda de piel impresa requerida
121
por los pacientes, pues la bioimpresora produciría los 2.400 𝑐𝑚2 de piel en 15H45
minutos incluyendo los setup de máquina, cubriendo así la demanda de un mes en
menos de un día.
Dado que las dos máquinas producirán la demanda en menos tiempo, se podrá
analizar para brindar servicio a otros hospitales como el Baca Ortiz y Carlos Andrade
Marín que son Hospitales que cuentan también con Unidad de Quemados, de tal forma
que se pueda aprovechar la capacidad de la máquina.
Desde el punto de vista financiero se ha determinado que el precio mínimo de
venta de una placa de piel (169 𝑐𝑚2 ) deberá ser de $1012,04, este valor es de vital
importancia, ya que permite conocer hasta qué punto se debe bajar el precio final de
venta para no generar pérdidas. Por otro lado, para que la utilidad producida sea igual
cero, se debe vender $303.611,26 durante el primer año, generando un equilibrio entre
la cantidad de egresos e ingresos sin ocasionar ni pérdidas ni ganancias. A partir de
este punto, si existe un incremento en las ventas se genera ganancias, caso contrario
habrá perdidas. Dado que el precio de venta final será de $1.200,00 por unidad y
basándose en la demanda anual durante un periodo de cinco años, se ha producido un
flujo de fondos positivo desde el primer año, generando utilidad para el hospital, y por
tanto este resultado es favorable para la implementación de la bioimpresión de piel en
el Hospital Eugenio Espejo.
122
CONCLUSIONES
La bioimpresión 3D de piel humana todavía no ha sido aplicada en humanos, pero
gracias a los avances y aplicaciones obtenidas con esta tecnología, el presente
proyecto ha determinado que es posible implementarla en el Hospital Eugenio
Espejo en cuanto las pruebas internacionales en humanos hayan sido demostradas
con resultados exitosos.
Al ser una tecnología nueva en el país, no existirá competencia durante los
primeros años, generando mayor acogida para el Hospital Eugenio Espejo y un
gran impacto económico-social.
Los profesionales necesarios para esta tecnología 3D son Bioingenieros, un
Biólogos en Molecular y Celular, Ingeniero Tisular, Ingeniero en Biotecnología y
Biomédicos, los cuales existen en el país según Senescyt.
Existe una alta demanda de pacientes sometidos a injertos en el HEEE, por lo que
la bioimpresión 3D de piel demuestra gran interés y se traduce como una solución
ante los problemas que presentan los cirujanos durante el proceso de injerto.
Además se puede prestar servicios para hospitales externos que quieran producir
piel para sus pacientes.
Desde el aspecto técnico, se demuestra que es factible la producción de piel
mediante la tecnología de bioimpresión 3D, pues existe la disponibilidad de
máquinas y herramientas necesarios que garantizan seguridad y calidad de la piel
impresa.
La bioimpresión resulta también factible considerando el tiempo de trasplante
para heridas grandes que superan el 20% de afectación, debido a que se podrá
123
injertar la totalidad de la herida en el mismo momento sin someterse a varias
cirugías durante varios meses como lo hace el tradicional método de injerto.
En cuanto a la evaluación financiera, y en base a los cálculos desarrollados, se
logra resultados a favor para la implementación del laboratorio en el Hospital
Eugenio Espejo, alcanzando una rentabilidad mayor a la tasa de interés de 8,48%
obtenida del Banco Central del Ecuador (TIR=100,15%; VAN=$597.315,06). Se
considera también que la factibilidad de este proyecto es gracias al estudio
realizado en un Hospital Público, pues tienen mayor beneficios económicos en
comparación a los privados.
Analizando estos aspectos individuales, se puede concluir que el presente
proyecto es posible y viable económicamente desde el punto de vista de las tres
fases estudiadas, y que además contribuye con un valor social al dar mejores
posibilidades en la calidad de vida de las personas con quemaduras y heridas
cutáneas.
124
RECOMENDACIONES
Se recomienda realizar más investigaciones de esta tecnología en el país, pues el
presente trabajo ha sido el primero en abordar este tema, y se espera ser el punto
de partida para investigaciones futuras.
La bioimpresora es una máquina que no solo se rige a la producción de piel, por
lo que se recomienda utilizarla en otras aplicaciones que ya están incursionand o
en el mercado de la medicina, de tal manera que se pueda aprovechar tal recurso.
Por último, se sugiere que el Estado de mayor importancia a este nuevo método
de bioimpresión, otorgando capacitaciones a los profesionales que cumplan con
el perfil necesario para abordar estos temas, de tal manera que el país pueda surgir
en los avances médicos-tecnológicos e igualar, o mejor aún, superar a las grandes
potencias.
Se recomienda realizar un análisis en otros hospitales con alta incidencia de
pacientes que requieren injerto de piel, para aprovechar los recursos del HEEE o
solicitar servicios en cuanto se realice la implementación del laboratorio.
125
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131
ANEXOS
ANEXO 1: TABLAS DEL NÚMERO DE TÍTULOS EN RAMAS A FINES A LA
BIOIMPRESIÓN 3D DE PIEL REGISTRADOS POR AÑO EN EL SENESCYT
132
Nanotecnología
No
mb
re
del
Tít
ulo
An
tes
20
07
20
07
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
20
13
20
14
20
15
20
16
20
17
20
18
To
tal
Tít
ulo
s
Ingeniería nanotecnología y equipos micro sistémicos
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1
Master en ciencias, tecnologías y salud, mención física fundamental y aplicada, especialidad micro y nanotecnologías
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
Master en nanociencia y nanotecnología
0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1
Master en nanociencia y nanotecnología molecular
0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 2
Master en nanotecnología y microsistemas
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1
Master universitario de nanociencia y nanotecnología
0 0 0 0 0 0 0 1 1 3 2 1 1 9
Master universitario en nanociencia y nanotecnología molecular
0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1
Doctor en nanotecnología farmacéutica área de farmacotecnia
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
TOTAL 17
Fuente: (SENESCYT & SNIESE, 2018).
Elaboración: Daniela Rodríguez
Biotecnología:
133
No
mb
re d
el
Tít
ulo
An
tes
20
07
20
07
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
20
13
20
14
20
15
20
16
20
17
20
18
To
tal
Tít
ulo
s
Ingeniero en biotecnología
0 0 0 0 0 0 2 0 1 1 0 2 1 7
Ingeniero en biotecnología molecular
0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1
Licenciado/a en biotecnología
0 7 0 0 0 0 0 0 2 1 0 4 0 8
Maestría en ciencias con especialidad en biotecnología
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
Magister de la universidad de Buenos Aires en biotecnología
0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 2
Magister en biotecnología
0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 3
Magister en biotecnología bioquímica
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1
Magister scientiae en biotecnología de microorganismos
0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 2 3
Master de biotecnología (avanzada)
0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 2
Master en biotecnología
0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 2 2 0 7
Master en biotecnología molecular
0 0 0 0 0 0 2 0 0 2 2 0 0 6
Master en tendencias de la biotecnología contemporánea mención ensayo clínicos
0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1
Master universitario en biotecnología biomédica
0 0 0 0 0 0 0 0 2 1 1 1 2 7
134
Master universitario en biotecnología especialidad en biotecnología biosanitaria
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1
Master universitario biotecnología molecular, celular y genética
0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 3
Master universitario biotecnología y bioingeniería
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 4
Master universitario en industria farmacéutica y biotecnología
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1
Master universitario en química y biotecnología
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1
Especialista en biotecnología ( biología molecular e ingeniería genética)
87 0 0 4 0 0 1 0 0 0 0 0 0 92
TOTAL 151
Fuente: (SENESCYT & SNIESE, 2018).
Elaboración: Daniela Rodríguez
Ingeniería del tejido:
No
mb
re d
el
Tít
ulo
An
tes
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07
20
07
20
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14
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15
20
16
20
17
20
18
To
tal
Tít
ulo
s
Ingeniero especialidad en tecnología de los tejidos
0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
135
Master en trasplante de órganos y tejidos
0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1
Master universitario en donación, trasplante de órganos, tejidos y células
0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 2
TOTAL 4
Fuente: (SENESCYT & SNIESE, 2018).
Elaboración: Daniela Rodríguez
Escaneado y visualización
No se encontraron datos respectos a esta área en específico.
Modelado 3D y medicina computacional
No
mb
re d
el
Tít
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An
tes
20
07
20
07
20
08
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20
14
20
15
20
16
20
17
20
18
To
tal
Tít
ulo
s Master
universitario en modelado
computacional en ingeniería
0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 3 1 0 7
TOTAL 7
Fuente: (SENESCYT & SNIESE, 2018).
Elaboración: Daniela Rodríguez
Cirugía plástica
No
mb
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el
Tít
ulo
An
tes
20
07
20
07
20
08
20
09
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10
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14
20
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20
16
20
17
20
18
To
tal
Tít
ulo
s
Medica especialista en cirugía plástica reconstructiva
1 1 0 0 0 2 3 3 3 4 0 1 1 19
136
Especialista en cirugía plástica reconstructiva y estética
0 0 0 1 0 5 0 3 8 17 22 37 4 97
Especialista en cirugía plástica reconstructiva
0 9 21 5 9 19 4 1 1 1 1 2 4 77
Certificado de especialista en cirugía plástica y reparadora
0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1
Especialista en cirugía plástica facial
0 0 0 0 1 3 0 0 0 2 0 0 0 6
TOTAL 200
Fuente: (SENESCYT & SNIESE, 2018).
Elaboración: Daniela Rodríguez
Química orgánica
No
mb
re d
el
Tít
ulo
An
tes
20
07
20
07
20
08
20
09
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12
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20
14
20
15
20
16
20
17
20
18
To
tal T
ítu
los
Doctor
(programa
oficial de
doctorado en
química
orgánica)
0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 1 0 0 3
Doctor en
química
aplicada
mención:
química
orgánica
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 1 4
Doctorado en
química
orgánica y
farmacéutica
0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1
Doctorado en
química
orgánica y
biología
0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1
Ingeniera en
tecnología
química
orgánica
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
137
Magister en
química
aplicada
mención
química
orgánica
1 0 0 0 0 0 0 0 0 2 1 2 2 8
Master en
tecnología
química
orgánica
0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
TOTAL 19 Fuente: (SENESCYT & SNIESE, 2018).
Elaboración: Daniela Rodríguez
Bioingeniería
No
mb
re d
el
Tít
ulo
An
tes
20
07
20
07
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
20
13
20
14
20
15
20
16
20
17
20
18
To
tal
Tít
ulo
s
Licenciatura en ciencias en bioingeniería
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
Maestría en bioingeniería
0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 2 0 3
Master en ingeniería química y bioingeniería
0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1
Master universitario en biotecnología y bioingeniería
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 4
Master en telemedicina y bioingeniería
0 0 0 0 0 0 2 1 0 0 0 0 0 3
Licenciatura en ciencias en bioingeniería
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
TOTAL 13
Fuente: (SENESCYT & SNIESE, 2018).
Elaboración: Daniela Rodríguez
138
Biología molecular y celular
No
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An
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07
20
07
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11
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20
17
20
18
To
tal
Tít
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s
Master universitario en biología molecular y biomedicina
0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 3
Master universitario bioquímica, biología molecular y biomedicina
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 3
Master en bioquímica, biología molecular y biomedicina
0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 3 1 8
Master investigación en biología molecular celular y genética
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 2
Doctor en biología molecular y biomedicina
0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1
Doctora
biología
molecular
biomedicina e
invest. clínica
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1
Maestría en biología molecular medica
0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 1 1 0 4
Master en biología molecular y biomedicina
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 4
TOTAL 26
Fuente: (SENESCYT & SNIESE, 2018).
Elaboración: Daniela Rodríguez
139
Ingeniería genética
No
mb
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Tít
ulo
An
tes
20
07
20
07
20
08
20
09
20
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11
20
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20
15
20
16
20
17
20
18
To
tal
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ulo
s
Diplomado microbiología avanzada mención biología molecular e ingeniería genética
32 12 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 47
Especialista biotecnología biología molecular e ingeniería genética
70 0 0 3 0 0 1 0 0 0 0 0 0 74
Magister en biotecnología biología molecular e ingeniería genética
6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6
TOTAL 127
Fuente: (SENESCYT & SNIESE, 2018).
Elaboración: Daniela Rodríguez
Biología de los materiales
No se encontraron datos respectos a esta área en específico.
Dermatología
No
mb
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An
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07
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07
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14
20
15
20
16
20
17
20
18
To
tal
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s
Especialista en dermatología
64 32 29 34 17 21 36 16 26 30 35 22 7 369
Dermatología 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1
140
Especialista en dermatología y venereología
0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 3
Especialista en dermatología medica quirúrgica y venereología
0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 2
Especialista de primer grado en dermatología
0 0 0 2 0 0 0 2 8 20 5 4 4 45
Especialista en dermatología venereología y cosmetología
0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
Especialista en medicina (dermatología)
0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 3
Especialista de primer grado en cirugía reconstructiva y quemados
0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 3
TOTAL 427
Fuente: (SENESCYT & SNIESE, 2018).
Elaboración: Daniela Rodríguez
Diseño Industrial
No
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Tít
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An
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20
07
20
07
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08
20
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11
20
12
20
13
20
14
20
15
20
16
20
17
20
18
To
tal
Tít
ulo
s
Ingeniería en diseño industrial y desarrollo del producto
0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 2
141
Master en ingeniería en diseño industrial
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 4
Ingeniera técnica en diseño industrial
0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 1 0 0 3
Ingeniero/a en diseño industrial
2 10 6 14 23 28 31 90 29 80 29 60 25 427
TOTAL 436
Fuente: (SENESCYT & SNIESE, 2018).
Elaboración: Daniela Rodríguez
Biomedicina
No
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An
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07
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07
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14
20
15
20
16
20
17
20
18
To
tal
Tít
ulo
s
Ingeniería biomédica 0 1 8 3 5 3 3 34 1 7 4 2 7 78
Master universitario gestión conocimiento biomédico e investigación clínica
0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1
Mester en ciencias, ingeniería biomédica
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 2
Especialista en ciencias básicas biomédicas
5 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8
Especialista en ciencias básicas biomédicas con mención en bioquímica
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
Especialista en ciencias básicas biomédicas con mención en inmunología
0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
Magister en ciencias biomédicas
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 3 0 6
142
Diploma de estudios especializados en ciencias biomédicas
0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1
Doctor en ciencias biomédicas
0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 1 3
Doctor en ciencias biomédicas (PHD)
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1
Doctor biología molecular y biomedicina
0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1
TOTAL 103
Fuente: (SENESCYT & SNIESE, 2018).
Elaboración: Daniela Rodríguez
Ingeniería de equipos biomédicos
No
mb
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Tít
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20
07
20
07
20
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20
14
20
15
20
16
20
17
20
18
To
tal
Tít
ulo
s
Tecnólogo en mantenimiento de equipo biomédico
0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2
TOTAL 2
Fuente: (SENESCYT & SNIESE, 2018).
Elaboración: Daniela Rodríguez
143
ANEXO 2: MODELO DE ENCUESTA APLICADA A CIRUJANOS PLÁSTICOS
DEL HOSPITAL EUGENIO ESPEJO
144
Universidad Central del Ecuador
Facultad de Ingeniería Ciencias Físicas y Matemáticas
Ingeniería en Diseño Industrial
Introducción:
La presente encuesta tiene como fin concentrar la información en los problemas y
desventajas que presentan los médicos cirujanos, especializados en quemaduras de la piel
al momento del tratamiento del paciente, tomando en cuenta su proceso de implantac ió n,
tiempo de curación y recuperación con respecto al método tradicional de injertos de piel,
y así dar paso a una nueva solución e investigación de la tecnología 3D de bioimpres ión
de piel humana para determinar su factibilidad de implementación en el país.
Las preguntas planteadas a los cirujanos fueron:
1. ¿Cuáles son los principales problemas que presentan al momento de injertar piel
en los pacientes?
2. ¿Cuáles son las principales razones por las que el paciente se somete a un injerto
de piel?
3. ¿Cuánto tiempo toma el proceso de injerto de piel desde la extracción de piel sana
hasta injertar en la herida tanto para lesiones pequeñas como grandes?
4. ¿Existe algún limitante o condiciones para realizar injertos de piel?
5. ¿Al terminar el trasplante, el cliente se siente lo suficientemente satisfecho con
los resultados? Justifique su respuesta.
6. ¿Cuántos trasplantes o injertos de piel se realizan al mes?
7. ¿Cree que debería existir un método diferente para el trasplante, en lugar del
método común de injertos de piel? Si, No. ¿Por qué?
8. ¿Conoce o ha oído hablar de la Bioimpresión 3D de piel humana? Si su respuesta
es Sí, describa lo que conozca del tema.
145
ANEXO 3: TABLA GENERAL DE DATOS CUALITATIVOS – RESPUESTAS
COLOCADAS AL AZAR
146
Ítem Pregunta D1 D2 D3 D4 D5 D6
1
¿Cuáles son los
principales problemas
que presentan al
momento de injertar
piel en los pacientes?
Infección, calidad del
área a injertar, tipo de
quemadura, falta de
donadores, cuidados
del área cruenta
Se requiere extraer la piel
de otra zona del cuerpo
sana, lo que
obligatoriamente deja un
área cruenta, riesgo de
rechazo o infección
En caso de que el
porcentaje de
quemadura sea
demasiado grande,
existe un límite de zonas
sanas para la extracción
de piel
Tejido insuficiente, carecer
de áreas donadoras
Lecho receptor no apto para
injerto, infecciones, falta de
zonas donadoras
La cantidad de área
cruenta y de piel
necesaria en pieles de
más del 20% de
quemadura con
diagnóstico de II grado
o de 15% de III grado,
insuficiencia de piel
sana
2
¿Cuáles son las
principales razones por
las que el paciente se
somete a un injerto de
piel?
Perdida de sustancia
por quemadura
Quemaduras de segundo y
tercer grado profundo,
heridas con pérdida
cutánea completa
Cuando las quemaduras
son profundas, en
heridas con pérdidas de
piel
Quemaduras
Cobertura de heridas
traumáticas, quemaduras,
úlceras
Quemaduras, necrosis
infeccionas o
traumáticas del tejido
de piel
3
¿Cuánto tiempo toma el
proceso de injerto
desde la extracción de
piel sana hasta injertar
en la herida tanto para
lesiones pequeñas
como grandes?
2 horas para heridas de
menos del 10% y 4
meses para mayore del
20%
Cuando son lesiones
grandes de más del 20%
se requiere intervenir al
pacientes a varias cirujías
porque se debe esperar a
que la zona de donde se
extrajo el injerto epitelice
completamente y poder
extraer de nuevo, este
tiempo puede ser de 4
meses
El tiempo varia en gran
proporción ya que en
heridas pequeñas es
necesario de 2 a 3 horas
como mínimo y en las
grandes se requiere de
varias cirujías de varias
sesiones dependediendo
de la magnitud
Cuando la superficie corporal
afectada es muy grande y no
queda mucha piel sana de
donde extraer, se necesita
ralizar injertos cadavéricos y
requiere de varias sesiones y
muchos cuidados para evitar
el rechazo. En heridas
pequeñas solo tarda 2 horas.
Para las pequeñas se
necesitan 2 horas cuando son
menos del 10% y para las
grandes se debe esperar a
que a la zona de donde se
extrajo la piel sane, y tarda 2
semanas en curar, después se
debe volver a extraer hasta
completar la lesión,dando un
total de 3 a 4 meses
aproximadamente
4 meses para las
grandes en donde se
somete a varias cirjías
durante este tiempo, y
2 horas como máximo
para las pequeñas
4
¿Existe algún limitante
o condiciones para
realizar injertos de
piel?
Falta de áreas
donadoras, enfecciones
Sitio a cubrirse infectado,
exposición de áreas
cruentas
cantidad de área a
cubrir, estado del lecho
dador y receptor,área
donadora sana
infuficiente
Áreas infectadas. infección, falta de piel para
injertar
limpieza del tejido, falta
de piel sana
5
¿Al terminar el
trasplante, el paciente
se siente lo
suficientemente
satisfecho con los
resultados? Justifique
su respuesta.
En heridas pequeñas se
sienten satisfechos,
pero en grandes no
porque se tiene que
extraer mayor cantidad
de piel de su cuerpo
para curar la herida
En algunos casos si, pero
existe casos en los que se
ha presentado defectos de
cicatrización y rechazos.
Si. Al ser el injerto
pequeño
Si pero les resulta incómodo
quedarse sin piel de otra
zona de su cuerpo.
Si porque el paciente
recupera la funcionalidad y
vida normal
Generalmente sí ya que
no hay otras opciones,
tienen que aceptar el
injerto.
D = Doctor
147
ANEXO 4: CATEGORÍAS DE CADA AGRUPACIÓN
148
Categorización de la pregunta 1 de la encuesta
¿Cuáles son los principales problemas que presentan al momento de injertar piel en los pacientes?
Grupos Respuestas Categoría
Grupo 1 D1, D5 Infección de la piel
Grupo 2 D2 Extracción cutánea del mismo paciente y rechazo
Grupo 3 D3, D4, D6 Insuficiencia de piel sana para quemaduras grandes y profundas
Categorización de la pregunta 2 de la encuesta
¿Cuáles son las principales razones por las que el paciente se somete a un injerto de piel?
Grupos Respuestas Categoría
Grupo 1 D1, D2, D3, D4
Heridas con pérdida cutánea y quemaduras de II y III grado
Grupo 2 D5, D6 Enfermedades traumáticas de la piel
Categorización de la pregunta 3 de la encuesta
¿Cuánto tiempo toma el proceso de injerto desde la extracción de piel sana hasta injertar en la herida tanto
para lesiones pequeñas como grandes?
Grupos Respuestas Nombre del grupo
Grupo 1 D1, D6 Pequeñas heridas 2 horas y grandes 4 semanas
149
Grupo 2 D3, D4 Cirugías de gran magnitud con largo período de injertos
Grupo 3 D2, D5 Epitelización de la zona extraída para volver a injertar
Categorización de la pregunta 4 de la encuesta
¿Existe algún limitante o condiciones para realizar injertos de piel?
Grupos Respuestas Categoría
Grupo 1 D1, D3, D5, D6 Estado del lecho dador y receptor
Grupo 2 D2, D4 Áreas infectadas
Categorización de la pregunta 5 de la encuesta
¿Al terminar el trasplante, el paciente se siente lo suficientemente satisfecho con los resultados? Justifique
su respuesta.
Grupos Respuestas Categoría
Grupo 1 D1, D2, D4
Satisfacción del paciente al ser herida pequeña y no existir rechazo
Grupo 2 D3, D5 Satisfacción del paciente
Grupo 3 D6 No les queda más opciones
150
ANEXO 5: DIAGRAMAS DE AFINIDAD
151
5.1 Diagrama de afinidad para la pregunta 1 de la encuesta
152
5.2 Diagrama de afinidad para la pregunta 2 de la encuesta
153
5.3 Diagrama de afinidad para la pregunta 3 de la encuesta
154
5.4 Diagrama de afinidad para la pregunta 4 de la encuesta
155
5.5 Diagrama de afinidad para la pregunta 5 de la encuesta
156
ANEXO 6: LAYOUT DE LABORATORIO 3D DE PIEL HUMANA
157
ANEXO 7: DETALLE DEL CÁLCULO DE LOS COSTOS.
158
Anexo 7.1 Detalle de costo variable total
El costo de las jeringas se ha determinado tomando en cuenta el uso de 6 jeringas para
cada placa. Considerando que el costo de la caja de jeringas es de $7,80 de 100 unidades
cada una, y al multiplicar por la demanda de pacientes de cada año, se tiene:
Jeringas
por
placa
Demanda Cantidad
de jeringas
Cajas Costo
Año 1 6 300 1800 18 $ 140,40
Año 2 6 345 2070 21 $ 163,80
Año 3 6 390 2340 24 $ 187,20
Año 4 6 435 2610 27 $ 210,60
Año 5 6 480 2880 30 $ 234,00
Para determinar el costo de los demás recursos que conforman los costos variables y,
debido a que estos recursos son reutilizables, no se ha multiplicado por la misma demanda
anual que las jeringas, sino que a cada costo unitario de cada recurso se ha multiplicado
por un número estimado de la cantidad que se requerirá anualmente para la impresión de
piel, obteniendo así el costo variable total mostrado en la siguiente tabla, el costo incluye
el valor de las jeringas.
Placas
Petri
Placas
para
cultivo
Reactivos
para cultivo
Frascos
de cultivo
Cantidad
estimada
Costo
Año 1 $ 2,50 $ 4,00 $ 90,00 $ 160,00 150 $ 26.615,40
Año 2 $ 2,50 $ 4,00 $ 90,00 $ 160,00 175 $ 31.051,30
Año 3 $ 2,50 $ 4,00 $ 90,00 $ 160,00 200 $ 35.487,20
Año 4 $ 2,50 $ 4,00 $ 90,00 $ 160,00 225 $ 39.923,10
Año 5 $ 2,50 $ 4,00 $ 90,00 $ 160,00 250 $ 44.359,00
159
Anexo 7.2 Detalle del cálculo de los costos fijos
7.2.1 Detalle costos de empleados
El sueldo de un servidor público 12 según la ley laboral vigente del Ministerio de Trabajo
es de $2.641,00. Este valor se ha multiplicado por los 7 empleados que formarán parte
del laboratorio, excluyendo al personal de limpieza y cirujanos plásticos, ya que el
Hospital Eugenio Espejo cuenta con ese personal en nómina. Por tanto el costo del
personal será de:
$2.641,00 ∗ 7 = $18.487,00
Este resultado se multiplica por los 12 meses del año dando un total de $ 221.844,00
7.2.2 Detalle costos de electricidad
En la siguiente tabla se evidencia el desglose de los costos de electricidad, dando un
resultado de $1.337,26 al año.
EquipoNúmero de
equipos
Potencia
(W)
W*Núm.
Equipos
Horas por
equipoDias
Consumo
mensual
(kwh/mes)
Costo
mensual
Consumo
Anual
(kwh/año)
Costo
Anual
Bioimpresora 2 190 380 16 30 182,4 $ 7,30 2188,8 $ 87,55
Aire acondicionado 1 2100 2100 24 30 1512 $ 60,48 18144 $ 725,76
Incubadora 3 60 180 10 30 54 $ 2,16 648 $ 25,92
laptop 6 150 900 10 30 270 $ 10,80 3240 $ 129,60
bioreactor 2 90 180 15 30 81 $ 3,24 972 $ 38,88
agitador vortex 1 45 45 5 30 6,75 $ 0,27 81 $ 3,24
Cabina de seg. 3 220 660 7 30 138,6 $ 5,54 1663,2 $ 66,53
Centrifuga de
sobremesa2 90 180 3 30 16,2 $ 0,65 194,4 $ 7,78
microscopio 3 35 105 6 30 18,9 $ 0,76 226,8 $ 9,07
autoclave 1 1500 1500 4 30 180 $ 7,20 2160 $ 86,40
equipo de
purificación de agua1 210 210 22 30 138,6 $ 5,54 1663,2 $ 66,53
contador de células 1 50 50 5 30 7,5 $ 0,30 90 $ 3,60
Refrigeradora de lab. 1 250 250 24 30 180 $ 7,20 2160 $ 86,40
$ 111,44 $ 1.337,26
160
7.2.3 Detalle costos de uniformes esterilizados
Se ha determinado tomando en cuenta el costo unitario igual a $3,00 multiplicado por
1.010 uniformes que se requerirán al año tomando en cuenta la demanda de 12 pacientes
al mes y los 7 empleados, dando un resultado de $3.030 anuales.
12 ∗ 7 = $84,00 ∗ 12 = 1008 ≈ 1010 uniformes.
1.010 ∗ $3,00 = $3030,00
161
ANEXO 8: TASAS DE DESCUENTO O DE INTERÉS ESTABLECIDAS POR
EL BANCO CENTRAL DEL ECUADOR.
162
163
ANEXO 9: REGISTRO DE VISITAS AL HOSPITAL EUGENIO ESPEJO
FIRMADO POR EL JEFE DE ÁRE DE QUEMADOS
