Estabilidad estructural y fisicoquímica de materiales de bolus impresos en 3D utilizados en radioterapia

Por qué importa la forma de la radiación

Cuando los médicos emplean radioterapia para tratar el cáncer, dirigen potentes haces de rayos X hacia tumores situados justo debajo de la piel. Para impactar el cáncer y al mismo tiempo proteger el tejido sano, a menudo colocan una almohadilla personalizada, llamada bolus, sobre la piel del paciente. Esta almohadilla reconfigura sutilmente dónde recae la dosis máxima de radiación. Hoy en día, muchos hospitales exploran la impresión 3D para crear boluses perfectamente ajustados, pero queda una pregunta clave: ¿los plásticos usados en estas piezas impresas se mantienen estables tras ser sometidos a dosis de radiación propias del tratamiento?

Almohadillas a medida para cuerpos complejos

Los boluses tradicionales suelen modelarse a mano con cera o geles, lo que puede ser lento y difícil de reproducir exactamente entre sesiones. Con la impresión 3D, los clínicos pueden diseñar almohadillas que coincidan con la anatomía del paciente a partir de escaneos médicos, mejorando la comodidad y reduciendo pequeños huecos de aire que pueden distorsionar la dosis. Esto es especialmente importante en zonas como cabeza y cuello, donde la superficie es irregular y órganos críticos están muy cerca de la piel. El estudio se centra en dos plásticos usados comúnmente en impresoras 3D: ABS, un plástico rígido y muy accesible, y TPC, un material más flexible que puede adaptarse mejor al cuerpo.

Exponiendo los plásticos impresos en 3D al haz

Para imitar lo que ocurre en un tratamiento real contra el cáncer, los investigadores imprimieron pequeños bloques de ABS y TPC y los expusieron a una dosis total de rayos X de 70 gray, similar a un ciclo completo de radioterapia. Antes y después de la irradiación midieron tamaño, dureza, rugosidad superficial, fricción y cambios internos en la estructura y el comportamiento térmico. Estas pruebas indican si un bolus mantendría su forma, seguiría ajustándose bien a la piel y evitaría agrietarse o desgastarse durante usos repetidos. Desplazamientos diminutos en grosor o textura, incluso de unas centésimas de milímetro, pueden alterar cómo se administra la radiación en tumores superficiales.

Cómo resisten los dos plásticos

Ambos materiales conservaron casi el mismo tamaño tras la exposición, con ABS mostrando solo un cambio de grosor muy leve pero medible y TPC manteniéndose dimensionalmente estable. Las superficies de ambos plásticos se volvieron más lisas, lo que puede mejorar el contacto con la piel y reducir los huecos de aire. Sin embargo, ABS mostró más signos de degradación superficial y una caída dramática del 70% en la fricción, lo que significa que podría deslizarse con mayor facilidad sobre la piel. TPC, en contraste, cambió muy poco en comportamiento de fricción y desgaste, lo que sugiere que su superficie se mantiene más predecible tras manipulación repetida. La dureza aumentó ligeramente en ambos materiales, lo que puede ayudar a conservar la forma pero también reducir su capacidad de adaptarse perfectamente a anatomías complejas.

Qué ocurre dentro de los materiales

Para ver cómo la radiación afecta a los plásticos a nivel molecular, el equipo empleó espectroscopía infrarroja para buscar huellas químicas y una técnica térmica para comprobar cómo responden los polímeros al calentamiento. En el ABS observaron signos de daño leve: ciertos grupos químicos asociados a uno de sus componentes gomosos se debilitaron, mientras aparecieron señales vinculadas a oxidación y a una sutil reorganización de las cadenas. La temperatura a la que el ABS pasa de estado duro y vítreo a uno más gomoso descendió aproximadamente tres grados Celsius, lo que sugiere una pequeña degradación interna. En el TPC los cambios espectrales fueron muy pequeños y su comportamiento de fusión y ablandamiento permaneció esencialmente sin cambios, indicando una mejor resistencia a la radiación.

Qué significa esto para los pacientes

Para el uso clínico habitual, los resultados sugieren que tanto los boluses impresos en ABS como en TPC pueden soportar dosis realistas de tratamiento y seguir desempeñando su función de modelar el haz de radiación. Sin embargo, el TPC parece más robusto: resiste cambios químicos y mecánicos, se mantiene flexible y conserva una superficie más estable. Esta combinación puede traducirse en mejor contacto con la piel, menos huecos de aire y una entrega de dosis más fiable a lo largo de múltiples sesiones. Los autores concluyen que, aunque los boluses de ABS existentes siguen siendo utilizable, el TPC es un candidato particularmente prometedor para el diseño futuro de boluses personalizados. Trabajos en curso evaluarán cómo estos cambios sutiles en los materiales afectan realmente el contacto con la piel y la dosis de radiación en configuraciones de tratamiento realistas.

Cita: Jezierska, K., Borůvka, M., Ryvolová, M. et al. Structural and physicochemical stability of 3D-printed bolus materials used in radiotherapy. Sci Rep 16, 6611 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36952-x

Palabras clave: bolus de radioterapia, impresión 3D, plástico ABS, copoliéster termoplástico, efectos de la radiación en materiales