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orecchio bionico sulla mano di uno scenziatoIl futuro: realizzazione di protesi, tessuti ed organi da cellule umane grazie al bioprinting

Da Gutenberg (1452) ad oggi la stampa ne ha fatta di strada: dalla lastra di rame alla fotocomposizione laser, passando per l’acquaforte e la rotativa. La vera rivoluzione della stampa però, dal punto di vista medico, è iniziata soltanto una decina di anni fa con i primi prototipi delle stampanti 3D e l’inizio della sperimentazione e dell’utilizzo in ambito sanitario. Tre sono in particolare gli ambiti in cui le stampanti tridimensionali stanno avendo applicazione sperimentale: la creazione di protesi, di impianti medici e di tessuti umani.


Non tutte le stampanti 3D funzionano nello stesso modo, ma fondamentalmente il principio di base prevede la stampa di strati sottilissimi (pochi micrometri) che vengono sovrapposti come una sfoglia, per creare l'oggetto desiderato. Questo perché il computer collegato alla stampante elabora il file 3D, "scomponendolo" in una serie di porzioni in sezione trasversale. Il vantaggio fondamentale di questo tipo di stampa e l’infinita possibilità di personalizzazione del prodotto finale, un valore aggiunto eccezionale se si pensa a protesti e parti del corpo umano.


CREAZIONE DI PROTESI – L’utilizzo di stampanti 3D in ambito protesico si divide a sua volta in due campi di applicazione: la creazione di protesi articolari (per esempio l’articolazione del ginocchio o dell’anca) che possano andare a sostituire quelle umane e la stampa di arti artificiali per gli amputati.
Questo tipo di realizzazioni sono già utilizzate in ambito odontoiatrico per realizzare in modo accurato e rapido corone, ponti, modelli dentali in porcellana e una vasta gamma di strumenti dentistici.
Già molto avanzata è anche la sperimentazione nella stampa di protesi acustiche. I ricercatori della Princeton University, infatti, hanno stampato in 3D una protesi acustica che riprende in tutto e per tutto non solo il padiglione esterno, ma anche la “connessione” al cervello del nostro organo sensoriale.


Project Daniel – L’utilizzo delle stampanti 3D per la realizzazione di arti artificiali apre anche una frontiera di utilità sociale, grazie all’abbattimento dei costi di realizzazione. È il caso per esempio di Project Daniel, iniziativa portata avanti da Mick Ebeling, cofondatore del centro ricerche “Not Impossible Labs”, che ha realizzato un braccio artificiale da 100 dollari che aiuterà le vittime della guerra in Sud Sudan.
Il progetto si propone come open source, quindi aperto al contributo di chiunque lo ritenga utile, e gratuito per i fruitori finali, ovvero coloro che necessitano di protesi a causa di mutilazioni. Nel campo profughi dove vive anche Daniel, primo fruitore di una protesti, che ha dato il nome al Progetto, oggi la stampante lavora a pieno regine producendo circa una protesi alla settimana.


RIGENERAZIONE E RIPRODUZIONE DI TESSUTI UMANI - Il settore della stampa di tessuti umani, altrimenti detta bioprinting, è probabilmente il settore più intrigante, e senza alcun dubbio il più complesso, per quanto riguarda l'utilizzo della tecnologia della stampa 3D in campo medico-sanitario.
Il procedimento parte, come nei progetti sviluppati per le stampanti 3D tradizionali, da un disegno tridimensionale della parte interessata e si basa sull'utilizzo di bio-ink (bionchiostro) costituito gocce composte da decine di migliaia di cellule del paziente, utilizzate per creare il nuovo tessuto. Obiettivo del bioprinting 3D è quello di arrivare a creare tessuti artificiali che si comportino come quelli biologici e in grado di sostituire o integrare cellule del corpo danneggiate a seguito, ad esempio, di bruciature.
Utilizzando questa tecnica, alcuni ricercatori dell'università di Washington, a partire da file generati da una risonanza magnetica del paziente, hanno stampato una sezione di cranio, danneggiata a causa di un incidente automobilistico.


In un futuro non troppo lontano la stampa 3D potrà supportare la produzione di valvole da impiantare, ad esempio, nel cuore dei pazienti.


ORGANI ANTI-RIGETTO - L'ultimo sviluppo della medicina rigenerativa vede un team di scienziati impegnati a realizzare parti del corpo in laboratorio elaborando elementi chimici e biologici. Gli organi stampati in 3D saranno il futuro della medicina e, forse, potranno far dire addio ai pericoli di rigetto e alla necessità di dover attendere la disponibilità da un donatore.
L’ultima storia arriva da San Diego: una start-up specializzata in tecnologie bio-mediche ha infatti confezionato un fegato artificiale (ma ottenuto da cellule vive), stampandolo con una 3D printer, che ha funzionato perfettamente per 40 giorni filtrando tossine e medicine e battendo il precedente record, fermo a cinque giorni soltanto. L’attuale limite è il mantenimento in vita dell’organo più a lungo – attraverso una corretta alimentazione da parte di vasi sanguigni – e ovviamente il trapianto.
Il fegato è uno degli organi più “fattibili” in 3D perché da una piccola porzione può autogenerarsi completamente, inoltre può essere un aiuto complementare per i pazienti che non necessitano di un organo intero.


Un altro team di ricerca internazionale, questa volta dell’Università di Copenhagen, ha scoperto invece un nuovo metodo di coltura 3D per far crescere pancreas in miniatura da singole cellule staminali pancreatiche, in grado di creare veri e propri tessuti e strutture complesse mai riprodotte artificialmente sinora.


LA STORIA DI KAIDA - Kaida Gionfriddo è un bambino americano nato con una rara malattia che avrebbe causato, giorno dopo giorno, il collasso della sua trachea, costringendolo a dipendere dalle macchine per poter continuare a respirare. Per Kaida però, il team dell’Università del Michigan ha realizzato, grazie alla stampa 3D, un modello tridimensionale della trachea del piccolo, per poi stampare una piccola stecca di materiale biocompatibile, il polycaprolactone, in grado di sostenere la trachea e di integrarsi perfettamente con i tessuti del corpo.

 

PER APPROFONDIRE:

The New England Journal of Medicine

 

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Alessandra Babetto