di Anna Pellizzone

La stampa 3D può servire per testare nuovi device medicali. Viene utilizzata per pianificare l’inserimento di stent endovascolari e sperimentare i modelli di flusso del sangue. Negli USA, alcuni ricercatori stanno perfezionando dei cateteri cardiovascolari personalizzati che servono per mappare l’attività elettrica del cuore e descrivere eventuali anomalie, come la fibrillazione atriale, una delle aritmie più diffuse

 

Vasi, sculture, occhiali, giocattoli, scarpe, perfino case. La stampa 3D ha conosciuto negli ultimi anni una vera e propria esplosione, conquistando l’attenzione di ingegneri, designer, imprenditori, artisti, amministratori pubblici e, forse non tutti lo sanno, anche medici e operatori sanitari.
Le ragioni di questa attenzione sono molteplici e se da un lato c’è chi pensa che la stampa 3D stia attraversando un momento di hype – ovvero che attorno ad essa si stia in qualche modo creando troppo rumore per nulla – è fuori dubbio che la manifattura associata al digitale abbia già portato a quella che gli esperti chiamano la rivoluzione dell’Industria 4.0.
Ma che cos’è una stampante 3D? Come funziona? E perché è così rivoluzionaria? Senza entrare troppo in tecnicismi, la stampante 3D, spesso chiamata con il suo nome inglese, 3D Printing, si basa sulla semplice idea che sovrapponendo uno strato di materiale sopra l’altro secondo uno schema predefinito, si possono ottenere degli oggetti tridimensionali. Non a caso, questo tipo di produzione è nota anche come manifattura additiva, proprio perché è basata sull’aggiunta di strati sovrapposti attraverso un estrusore che si muove seguendo un modello digitale. Un po’ come avviene in una stampante tradizionale, il file dice alla stampante cosa deve stampare sul foglio, solo che nel caso della stampante 3D l’inchiostro ha uno spessore, il file descrive tre dimensioni anziché due e l’output che si ottiene è quindi un oggetto tridimensionale.
Questo tipo di tecnologia porta con sé non poche novità che impattano sul processo produttivo e su tutto ciò che a esso è collegato, dalle nuove professioni necessarie per farla funzionare, alla possibilità di personalizzare gli oggetti, una caratteristica, quest’ultima, assolutamente fondamentale quando si ha a che fare con lo sviluppo di device medicali, visto che ciascun paziente è diverso dall’altro e ha caratteristiche e bisogni propri.
Prendiamo il settore degli apparecchi acustici: in poco più di un anno, il mercato americano si è convertito al 3D Printing. Ma c’è molto altro. Questa tecnologia sta infatti diventando sempre più economica ed accessibile e le sue caratteristiche in termini di decentralizzazione delle infrastrutture, di velocità e prossimità di produzione e distribuzione degli oggetti ha abilitato un approccio diffuso alla stampa 3D in cui sempre più spesso gli utenti e i cittadini che hanno voglia di sperimentarsi giocano un nuovo ruolo, anche nell’ambito bio-medicale. Grazie alla stampa 3D e ad altre tecnologie cosiddette “abilitanti”, sono nati infatti nuovi luoghi, noti con il nome di fablab o makerspaces, in cui pazienti e famigliari di pazienti, personale medico-sanitario, designer, ingegneri biomedicali possono incontrarsi e co-progettare nuovi strumenti destinati alla cura, o semplicemente nuovi oggetti che possono migliorare la vita di tutti i giorni di chi è affetto da una particolare patologia. Pensiamo per esempio ad alcuni attrezzi per impugnare meglio posate o penne, cuciti su misura per pazienti affetti da artrite reumatoide.
La stampa 3D viene utilizzata anche in alcuni ospedali, nelle cosiddette hospital factories, dove alcuni supporti per interventi chirurgici, strumenti o protesi possono essere prodotte direttamente in ospedale, portando una serie di vantaggi per i pazienti, a partire da una cura più personalizzata e da una riduzione dei tempi di attesa. Sempre più spesso, tanto nella programmazione di un intervento chirurgico, quanto nella comunicazione con il paziente, i medici utilizzano dei modelli tridimensionali degli organi che saranno interessati dagli interventi chirurgici. Grazie a queste copie, costituite da silicone o altri materiali, i chirurghi possono non solo “allenarsi” e programmare in modo più sofisticato l’intervento, ma anche spiegare in modo più comprensibile al paziente che tipo di intervento dovrà affrontare (e quindi eventualmente decidere in modo più consapevole se dare o meno il consenso) e per scopi educativi, per formare i chirurghi di domani. Certamente, una sfida per il futuro è quella di ottenere dei modelli che simulino il più possibile le caratteristiche dei tessuti biologici o le anomalie congenite da trattare.
E in ambito cardiovascolare? Tradizionalmente, per insegnare ai futuri medici l’anatomia, per esplorare il funzionamento di vasi e valvole cardiache o per sperimentare nuove procedure di intervento, gli insegnati e i professionisti utilizzavano organi ottenuti durante un’autopsia. Talvolta alcuni di questi organi venivano conservati in paraffina o in altre sostanze per durare più a lungo. Ma è chiaro che questo ha alcuni limiti. Tanto per cominciare, perché ciascun organismo è diverso dall’altro e, per esempio, il cuore di una persona che si va a operare può avere caratteristiche peculiari. In particolare, in presenza di alcune patologie, la personalizzazione del modello (che può essere rigido o flessibile) su cui il chirurgo deve intervenire è di cruciale importanza. Ipotizziamo la presenza di un aneurisma, cioè la dilatazione localizzata di un’arteria per via del cedimento di una sua parete; per intervenire, per il chirurgo sarà fondamentale sapere le caratteristiche esatte di quel vaso, il punto in cui l’aneurisma si colloca e le sue caratteristiche.
L’educazione e la programmazione degli interventi chirurgici, però, non sono gli unici ambiti in cui la stampa 3D gioca un ruolo chiave. La stampa 3D può servire anche per testare nuovi device medicali, ad esempio per pianificare l’inserimento di stent endovascolari e sperimentare i modelli di flusso del sangue. All’Università di Stanford (California), alcuni ricercatori stanno perfezionando dei cateteri cardiovascolari personalizzati che servono per mappare l’attività elettrica del cuore e descrivere eventuali anomalie, come la fibrillazione atriale, una delle aritmie più diffuse.
Ma andiamo oltre. Nel 2017, un team di ricercatori dell’ETH di Zurigo ha messo a punto un cuore artificiale in silicone che batte quasi come un cuore umano. A consentire la produzione di questo cuore, monoblocco, ma con una struttura complessa, è stata proprio la stampa 3D. Attenzione, però: questo non significa assolutamente che siamo pronti a trapiantare questo tipo di oggetti negli esseri umani. La strada per arrivare a trovare una soluzione alla mancanza di organi è ancora lunga, tanto più che questo cuore artificiale riesce a sostenere circa 3 mila battiti, prima che i materiali cedano, il che significa che ha una vita di circa tre quarti d’ora. Quello che però questa ricerca ci dice, è che è possibile fare dei passi avanti per trovare delle soluzioni al servizio dei pazienti, che devono poi essere valutate, oltre che dal punto di vista tecnico e medico, anche da quello giuridico, etico e sociale.
Ma se pensate che non ci sia niente più d’avanguardia di un cuore artificiale, vi sbagliate. Andiamo oltre ed entriamo in un campo forse ancora più d’avanguardia: il bioprinting, cioè una tecnica che utilizza cellule, fattori di crescita (cioè proteine e altre sostanze in grado di stimolare la proliferazione cellulare) e altri biomateriali per stampare tessuti che imitano quelli naturali. In questo caso, nell’estrusore della stampante, invece di resine e materiali plastici, gli ingegneri e i ricercatori immettono gel contenenti cellule vive, che vengono quindi applicate, strato dopo strato, in particolari strutture biocompatibili definite “impalcature” (scaffold).
Siamo nell’ambito della medicina rigenerativa, un settore in crescita, che richiederà ancora molto lavoro da parte di ingegneri, biologi, medici e molti altri professionisti, prima di metterci davanti alla reale possibilità, che – anche in questo caso – dovrà essere compresa e valutata anche da esperti di materie come l’etica, il diritto, l’inclusione sociale, di avere facilmente degli organi di “ricambio”. Alcuni tessuti sono più facili da riprodurre, come le cartilagini dell’orecchio, perché non necessitano di essere vascolarizzate, ma, sempre con estrema prudenza, possiamo dire che già c’è chi sta studiando una procedura per riprodurre pezzi di cuore bioprinted. È il caso per esempio di una compagnia di Chicago (Illinois), che sta cercando di sviluppare, a partire da un campione di sangue del paziente, delle cellule cardiache che possono poi essere utilizzate come “inchiostro” in una stampante 3D. Sia chiaro: non si tratta di qualcosa di realizzato, ma è bene che ci prepariamo, come società, a ragionare su queste possibilità, per non arrivare impreparati al momento in cui tutto questo diventerà realtà, per evitare di trovarci impreparati davanti a innovazioni potenzialmente così rivoluzionarie e imparare quindi a gestirle collettivamente.

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