Stampa 3D in medicina: standard di cura migliorati e dispositivi medici personalizzati
Oggi è possibile far crescere speciali tipi di tessuto o stampare modelli anatomici specifici per il paziente: le protesi possono anche essere stampate interamente in 3D
La stampa 3D è diventata uno strumento importante per il futuro della medicina di precisione e per lo sviluppo dei dispositivi medici. I continui progressi compiuti nella stampa 3D hanno reso la tecnologia più accessibile, ma soprattutto più versatile: dai componenti per i sistemi respiratori, alle protesi e agli strumenti chirurgici, i professionisti e gli ingegneri di prodotto utilizzano la stampa 3D per accedere in modo rapido, sicuro ed economico a nuovi strumenti che ottimizzano lo standard delle cure mediche.
Nel caso delle stampanti 3D progettate specificamente per uso medico, le parti specifiche del paziente possono essere stampate presso il “point of care” in un giorno e i materiali biocompatibili consentono una ricerca e uno sviluppo in loco rapidi ed efficaci di piccole quantità di qualsiasi cosa, dai modelli di pianificazione chirurgica alla radioterapia e ai dispositivi per l’apnea notturna.
La stampa 3D ha anche mostrato i suoi vantaggi in occasione della pandemia di Coronavirus: quando è stata dichiarata l’emergenza nazionale negli Stati Uniti nel marzo 2020, le catene di approvvigionamento globali sono crollate contemporaneamente. Grazie alla stampa 3D, le aziende sono riuscite ad adattare immediatamente la loro produzione e realizzare parti mediche urgenti. Ciò ha consentito la produzione di oltre 40 milioni di tamponi per test COVID-19 o componenti stampati in 3D per dispositivi di protezione individuale (DPI) e ventilatori.
Nuove soluzioni per trattamenti complessi
Grazie ai materiali biocompatibili, la stampa 3D sta già aiutando i professionisti a sviluppare nuove soluzioni per interventi chirurgici complessi. Sebbene il corpo umano faccia cose incredibili, non può ripristinare la maggior parte dei tessuti e degli organi al loro stato originale quando sono feriti o danneggiati. In Italia, le malattie cardiovascolari come il diabete mellito o l’ipertensione sono tra le malattie più comuni in età avanzata. In questo contesto, i vasi ostruiti e danneggiati sono stati finora trapiantati in modo autologo: un vaso viene prelevato da un sito nel corpo del paziente e sostituisce il vaso danneggiato. Questa è un’operazione molto difficile e lunga.
I ricercatori dell’Università di Sheffield stanno lavorando a un metodo per stampare vasi in 3D. Gli scienziati devono affrontare sfide speciali: i vasi umani non attraversano direttamente il corpo: si piegano, si ramificano e si assottigliano. Sono anche flessibili in modo che possano adattarsi a diverse pressioni del sangue.
Il team utilizza il processo di ingegneria dei tessuti: costruisce un’impalcatura lungo la quale le cellule umane successivamente crescono in un ambiente in vitro. La stampa 3D gioca un ruolo centrale qui: utilizzando la stampa stereolitografica desktop, flessibile ed economica, è possibile produrre diverse forme geometriche per le impalcature dei vasi sanguigni. In precedenza, gli scienziati potevano produrre solo tubi dritti, ora con il supporto della stampa 3D, è possibile produrre anche forme geometriche complicate.
La flessibilità della stampa 3D supporta la creazione di dispositivi medici personalizzati
La stampa 3D è già utilizzata nelle protesi: un’amputazione può essere traumatica e cambiare completamente la vita di una persona. Le persone devono affrontare il dolore e devono fare i conti con un cambiamento nella mobilità. In tali situazioni, una protesi rappresenta più di un semplice pezzo di ricambio per il corpo umano. Costituisce la base per un ritorno alla normalità, all’indipendenza e al recupero delle capacità. I moderni metodi di stampa 3D consentono ai tecnici e agli ingegneri di realizzare protesi che si adattano con precisione risparmiando allo stesso tempo sui costi. Oltre a processi di produzione complessi e dispendiosi in termini di tempo, la produzione di protesi convenzionale è associata a costi esorbitanti: gli importi per un ausilio personalizzato fabbricato in modo convenzionale hanno cifre da capogiro.
Nel campo delle protesi sportive, la tecnologia di stampa 3D offre il potenziale per migliorare le prestazioni e la qualità degli arti artificiali. La leggerezza, la forma e la sospensione degli aiuti sono particolarmente rilevanti per gli atleti. Con l’aiuto delle protesi stampate rapidamente ed economiche, è possibile eseguire test e modifiche specifiche per lo scopo.
La stampa 3D apre inoltre nuove possibilità per quanto riguarda l’aspetto delle protesi: dettagli come i toni della pelle o le lentiggini possono essere riprodotti in modo autentico e anche le protesi facciali possono essere davvero reali. Inoltre, è possibile un design personalizzato e una selezione del colore da parte dell’utente, che può contribuire all’accettazione psicologica di un tale dispositivo. In questo modo una protesi può essere nascosta o accentuata secondo i desideri del paziente.
Tempi di attesa e processi di produzione ridotti
Un altro settore in cui la stampa 3D ha assunto un ruolo importante è la pianificazione di complicate procedure mediche. Un’operazione può essere eseguita più volte, ma non è possibile simulare complicazioni improvvise. La stampa 3D è quindi diventata una parte importante della pianificazione chirurgica per gli interventi spinali, ad esempio.
Un esempio dell’uso concreto e delle possibilità di tali modelli è il Newcastle Hospital nel Regno Unito, specializzato in trattamenti spinali. Il team dell’ospedale ha curato un paziente che soffriva di una malformazione del tubo neurale sotto forma di spina bifida con una deformità gravemente curva. Ciò si manifestava con un’eccessiva curvatura verso l’esterno della colonna vertebrale con conseguente arrotondamento anormale della parte superiore della schiena. A causa della crescente deformità e dei problemi con la posizione seduta o il sonno, il paziente soffriva quotidianamente di forti dolori. Lavorando con Formlabs, gli esperti di imaging di Axial3D sono stati in grado di creare, stampare e consegnare all’ospedale un modello in scala reale della colonna vertebrale del paziente basato sui suoi dati TC e MRI all’ospedale in sole 48 ore. A differenza dei modelli prodotti convenzionalmente, il modello è stato limitato alla parte rilevante della scansione.
Simulando l’intera operazione, il team è stato in grado di ridurre il tempo operativo per la complicata procedura chirurgica di oltre due ore. Ciò ha consentito di risparmiare circa 8.000 sterline sui costi associati all’intervento. Il modello stampato in 3D ha permesso all’équipe di valutare la possibilità di un’osteotomia di accorciamento in un tempo molto breve, oltre a tenere conto di eventuali rischi individuali. In caso di successo, questa complessa procedura consente di ridurre la tensione del midollo spinale senza danni diretti ai nervi. Inoltre, il team ha acquisito informazioni sugli steli che possono essere utilizzati durante l’inserimento delle viti e su come procedere al meglio durante l’operazione. L’intervento chirurgico potrebbe essere pianificato in modo molto più preciso e le differenze e le peculiarità specifiche del paziente potrebbero essere prese meglio in considerazione.
Il futuro della stampa 3D in medicina
Che si tratti della produzione di protesi o di tamponi per il rilevamento dei coronavirus, la stampa 3D consente di ottenere una produzione più rapida di prodotti medici. Questo perché la produzione di dispositivi medici, ad esempio, può avvenire direttamente nel laboratorio interno invece di essere appaltata a società esterne. Ne beneficiano non solo medici e tecnici, ma soprattutto i loro pazienti. Possono essere aiutati più rapidamente rispetto a qualche anno fa. Il futuro della medicina risiede quindi nell’assistenza personalizzata e specifica per il paziente con catene di approvvigionamento più agili e reattive e la capacità di prototipare e produrre prodotti finali ancora più velocemente.