Un team di ricercatori della Carnegie Mellon University ha sviluppato un nuovo metodo di bioprinting 3D che consente la produzione di modelli di cuore umano realistici a grandezza naturale. La tecnica Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogel (FRESH) degli scienziati prevede l’estrusione del polimero di alginato ecologico in un contenitore di gelatina personalizzato. Sfruttando il loro nuovo processo, il team mira a lavorare con i chirurghi per creare modelli clinici specifici per il paziente per la formazione chirurgica e le applicazioni di pianificazione preliminare.
“Il chirurgo può manipolarlo e farlo rispondere effettivamente come un tessuto reale“, ha detto il professor Adam Feinberg, che ha guidato il progetto. “Quindi, quando entrano nel sito operativo, hanno un ulteriore livello di pratica realistica in quell’ambiente.””ORA POSSIAMO COSTRUIRE UN MODELLO CHE NON SOLO PERMETTE LA PIANIFICAZIONE VISIVA, MA PERMETTE LA PRATICA FISICA”.
Un numero crescente di chirurghi sta adottando la stampa 3D come mezzo per sviluppare modelli su misura che consentono loro di spiegare le procedure cardiache ai loro pazienti. L’uso del bioprinting per produrre queste repliche consente loro di essere realistici, ma apre anche la possibilità di applicazioni di ingegneria dei tessuti e medicina rigenerativa in futuro. Al momento, vengono utilizzate tecniche di stampa 3D comuni come la stereolitografia (SLA) e la modellazione a deposizione fusa (FDM) per riprodurre organi dall’aspetto realistico. Sebbene tali metodi abbiano generalmente prodotto risultati positivi, la loro più ampia adozione è stata finora limitata dal loro costo e dal livello di esperienza richiesto per produrli.
Per superare questi limiti, il professor Feinberg ei suoi colleghi hanno trascorso due anni a ricercare come stampare un modello di cuore umano a grandezza naturale e hanno escogitato il nuovo approccio FRESH. La nuova tecnica del team inizia con l’utilizzo dei dati raccolti dalle scansioni MRI e altri processi di scansione per progettare un modello 3D accurato.
I disegni risultanti vengono quindi stampati utilizzando un ago del diametro di 250 micron, che estrude l’alginato in un contenitore personalizzato che è abbastanza grande da contenere una replica di dimensioni complete. Alla fine si è scoperto che il nuovo metodo del team produce modelli più durevoli rispetto a prima, consentendo potenzialmente loro di essere utilizzati in modo più efficace come strumento di formazione chirurgica.
Durante il processo di stampa 3D, gli scienziati hanno adottato l’alginato come materiale principale per i loro modelli perché ricorda da vicino la consistenza e le proprietà meccaniche del tessuto cardiaco organico. Inoltre, i materiali più morbidi come TPU e silicone mostrano deformazioni sotto la forza di gravità, rendendo l’alginato leggermente più rigido un’alternativa più adatta. Dopo aver fabbricato una serie di prototipi, i ricercatori li hanno elaborati per 12 ore all’interno di un contenitore di gelatina, prima di metterli in un incubatore durante la notte per rimuovere i loro supporti di gelatina. Una volta pronti i modelli cardiaci additivi, Feinberg e il suo team hanno proceduto a testarli vedendo fino a che punto il polimero poteva essere allungato durante la cucitura.
I risultati hanno indicato che l’alginato presentava una resistenza alla trazione sufficiente per essere trasformato in modelli cardiaci su cui i chirurghi potevano esercitarsi. I ricercatori hanno quindi proceduto a utilizzare il loro approccio FRESH per fabbricare modelli più piccoli costituiti da arterie coronarie piene di sangue finto che potrebbero essere utili anche per la formazione dei chirurghi.
Nel complesso, il progetto potrebbe aprire altre vie di ricerca e, in futuro, il team spera che il loro approccio FRESH porti allo sviluppo di uno strumento di test biomedicina.