La produzione additiva, altrimenti nota come stampa 3D, è stata sviluppata per la prima volta negli anni ’80. Si tratta di prendere un modello digitale o un modello del soggetto che viene poi stampato in strati successivi di un materiale appropriato per creare una nuova versione del soggetto.
La tecnica è stata applicata a (e utilizzata da) molte industrie diverse, compresa la tecnologia medica. Spesso le tecniche di imaging medico, come i raggi X, la tomografia computerizzata (CT), la risonanza magnetica (MRI) e gli ultrasuoni vengono utilizzati per produrre il modello digitale originale, che viene successivamente alimentato nella stampante 3D.
È stato previsto che la stampa 3D in campo medico varrà 3,5 miliardi di dollari entro il 2025, rispetto ai 713,3 milioni di dollari del 2016. Il tasso di crescita annuale composto del settore dovrebbe raggiungere il 17,7% tra il 2017 e il 2025.
Ci sono quattro usi principali della stampa 3D in campo medico che sono associati alle recenti innovazioni: creazione di tessuti e organoidi, strumenti chirurgici, modelli chirurgici specifici per il paziente e protesi su misura.
Bioprinting tessuti e organoidi
Uno dei molti tipi di stampa 3D che viene utilizzato nel campo dei dispositivi medici è il bioprinting. Piuttosto che stampare usando plastica o metallo, i bioprinters usano una pipetta guidata da un computer per stratificare cellule viventi, chiamate bio-inchiostro, l’una sull’altra per creare tessuto vivente artificiale in laboratorio.
Questi costrutti di tessuto o organoidi possono essere usati per la ricerca medica in quanto imitano gli organi su scala miniaturizzata. Sono anche in fase di sperimentazione come alternative più economiche ai trapianti di organi umani.
La società Organovo, laboratorio medico e di ricerca con sede negli Stati Uniti, sta sperimentando la stampa di tessuto epatico e intestinale per aiutare con lo studio di organi in vitro, così come con lo sviluppo di farmaci per alcune malattie. Nel maggio 2018, l’azienda ha presentato dati preclinici per la funzionalità del suo tessuto epatico in un programma per la tirosinemia di tipo 1, una condizione che impedisce la capacità del corpo di metabolizzare l’amminoacido tirosina a causa della carenza di un enzima.
Il Wake Forest Institute in North Carolina, negli Stati Uniti, ha adottato un approccio simile sviluppando un organoide cerebrale 3D con potenziali applicazioni nella scoperta di farmaci e nella modellazione delle malattie. L’università ha annunciato nel maggio 2018 che i suoi organoidi hanno una barriera emato-encefalica completamente basata sulle cellule e funzionale che imita la normale anatomia umana. Ha anche lavorato sulla stampa 3D di innesti di pelle che possono essere applicati direttamente alle vittime di ustioni.
Preparazione chirurgica assistita dall’uso di modelli stampati in 3D
Un’altra applicazione della stampa 3D in campo medico è la creazione di repliche di organi specifici del paziente che i chirurghi possono essere utilizzati per fare pratica prima di eseguire operazioni complicate. Questa tecnica ha dimostrato di accelerare le procedure e ridurre al minimo il trauma per i pazienti.
Questo tipo di procedura è stata eseguita con successo in interventi chirurgici che vanno da un trapianto di faccia a procedure spinali e sta cominciando a diventare una pratica di routine.
A Dubai, dove gli ospedali hanno il mandato di usare liberamente la stampa 3D, i medici hanno operato con successo un paziente che aveva subito un aneurisma cerebrale in quattro vene, utilizzando un modello stampato in 3D delle sue arterie per mappare come navigare in sicurezza i vasi sanguigni.
Nel gennaio 2018, i chirurghi di Belfast hanno fatto pratica con successo per un trapianto di rene per una donna di 22 anni utilizzando un modello stampato in 3D del rene del suo donatore. Il trapianto era irto di complicazioni poiché suo padre, che era il suo donatore, aveva un gruppo sanguigno incompatibile e il suo rene è stato scoperto per avere una cisti potenzialmente cancerosa. Usando la replica stampata in 3D del suo rene, i chirurghi sono stati in grado di valutare le dimensioni e la posizione del tumore e della ciste.
Stampa 3D di strumenti chirurgici
Strumenti chirurgici sterili, come pinze, emostatici, manici di bisturi e pinze, possono essere prodotti utilizzando stampanti 3D.
Non solo la stampa 3D produce strumenti sterili, alcuni sono basati sull’antica pratica giapponese degli origami, il che significa che sono precisi e possono essere fatti molto piccoli. Questi strumenti possono essere utilizzati per operare su aree minuscole senza causare inutili danni aggiuntivi al paziente.
Uno dei principali vantaggi di utilizzare la stampa 3D piuttosto che i metodi di produzione tradizionali per produrre strumenti chirurgici è che i costi di produzione sono significativamente inferiori.
Protesi su misura utilizzando la stampa 3D
La stampa 3D in campo medico può essere utilizzata per produrre arti protesici che sono personalizzati per soddisfare e adattarsi a chi li indossa. È comune per gli amputati aspettare settimane o mesi per ricevere protesi attraverso il percorso tradizionale; tuttavia, la stampa 3D accelera significativamente il processo, oltre a creare prodotti molto più economici che offrono ai pazienti la stessa funzionalità delle protesi prodotte tradizionalmente.
Il prezzo più basso di questi prodotti li rende particolarmente applicabili per l’uso con i bambini, che superano rapidamente i loro arti protesici.
La stampa 3D permette anche al paziente di progettare una protesi che corrisponde direttamente alle loro esigenze. Per esempio, Body Labs ha creato un sistema che permette ai pazienti di modellare la loro protesi sui loro stessi arti attraverso la scansione, al fine di creare una vestibilità e un aspetto più naturale. Inoltre, i ricercatori del Massachusetts Institute of Technology hanno cercato di progettare prese protesiche più confortevoli.