Stampa 3D: dalla teoria alla sala operatoria

Prima ancora che per la produzione di componenti biocompatibili, la stampa 3D nel settore medicale viene impiegata a scopo didattico e illustrativo per la realizzazione di modelli multi-materiale che replichino fedelmente la complessità delle singole patologie esaminate

Le applicazioni della stampa 3D sono allora riconducibili a qualsiasi ambito clinico: la possibilità di toccare con mano dei modelli anatomici estremamente fedeli rivoluziona l’approccio alla diagnosi.

La stampa 3D non riproduce solo forme e volumi, ma anche le densità, restituendo sensazioni tattili che lo schermo di un computer non può trasmettere.

L’uso poi di componenti trasparenti consente una visione d’insieme senza precedenti, con elementi come vasi sanguigni o tessuti nascosti che ora hanno un’esatta collocazione immediatamente osservabile.

Una nuova operatività è resa possibile dalla rappresentazione 3D di organi, ossa e tessuti affetti da specifiche patologie. Non solo, una fedele riproduzione tridimensionale aiuta il paziente e i familiari nella comprensione della propria condizione clinica: team operatorio, team di assistenza post operatorio e pazienti possono finalmente comunicare i dettagli di interventi complessi, con i benefici che ne conseguono per tutte le parti coinvolte.

In chirurgia tutto questo risulta fondamentale nella pianificazione di un intervento. Ottimizzare le fasi preparatorie significa anche poter trascorrere meno tempo in sala operatoria. Il team medico infatti, attraverso fedeli rappresentazioni 3D può ora visualizzare l’intera operazione conoscendo in anticipo l’anatomia del paziente.

Tutto ciò è reso possibile dalla conversione dell’immagine diagnostica (risonanza magnetica, ecografia,TAC) in un apposito file digitale reso poi compatibile per la stampa 3D: un sistema integrato di rapida attuazione e con margini di errore prossimi allo zero.

Per quanto riguarda invece la prototipazione e produzione di dispositivi medici, con la stampa 3D è già possibile replicare ossa, denti, vertebre, organi, protesi, impianti o persino arterie e vasi sanguigni, come accade nei grandi istituti di ricerca.

Oggi la stampa 3D nel settore medicale trova un’applicazione clinica soprattutto nella chirurgia maxillo-facciale e in ortopedia: si tratta di impianti biocompatibili, spesso in titanio, deputati all’allineamento o alla sostituzione di parti ossee, di supporti e guide per la precisione nei tagli, di sostegni di correzione chirurgica e di protesi articolari o odontoiatriche.

L’abbattimento dei costi e la flessibilità produttiva fa sì che nuove realtà mediche possano sorgere anche fuori dai contesti delle grandi aziende farmaceutiche.

Nuovi criteri diagnostici e interventi mirati poco invasivi si avvalgono della stampa 3D per la riduzione dei rischi in fase pre, intra e post operatoria.

Stampa 3D: la rivoluzione passa anche per i materiali

La scelta del “materiale giusto” resta il nodo focale dell’applicazione della stampa 3D al settore medicale.

La prototipazione rapida 3D infatti non riguarda soltanto riproduzioni a scopo formativo, strumenti di sostegno esterni (protesi acustiche o tutori resistenti ma superleggeri) o una migliorata strumentazione chirurgica (che per esempio si adatta perfettamente alla mano del chirurgo o alle parti terminali dei robot collaborativi): la sfida oggi è portare l’oggetto stampato dentro il corpo del paziente e far si che vi rimanga senza complicazioni e senza deficit di performance.

Tener conto delle esigenze di biocompatibilità è dunque imperativo già in fase di progettazione.

Normative internazionali e istituti specializzati hanno il compito di definire i canoni univoci di ogni dispositivo medico: questo infatti deve rispondere ad alcuni parametri legati alle condizioni di utilizzo, alla composizione, alle finalità e ai tempi di esposizione o contatto diretto con il paziente. A tal fine occorre testare i prodotti stampati e assicurarsi della loro idoneità.

Tra i materiali attualmente impiegati dalla stampa 3D nel settore medicale vanno menzionati:

la lega di titanio Ti6Al4v: conosciuta anche come Titanio Grado 5, è un materiale dalla biocompatibilità eccellente. Compatto, leggero e altamente resistente ai processi corrosivi, il titanio è ampiamente impiegato nella costruzione di protesi, impianti e dispositivi medici generici. Questa lega infatti ha proprietà osteointegrative che la rendono perfetta per la sostituzione di parti mancanti o per il sostegno in fase di allineamento e taglio chirurgico

i poliammidi: la resistenza al calore e agli agenti chimici rende questo polimero adatto per protesi destinate a garantire stabilità a lungo termine

le resine: benché di limitata biocompatibilità, sono invece ideali per la simulazione di modelli anatomici multi-materiale e multi-colore, che evidenzino la complessità di un sistema e favoriscono la pianificazione chirurgica e la comunicazione con i pazienti

Impieghi simili trova l’ABS: grazie alla sua traslucidità consente di sondare persino il movimento dei fluidi, per una visione d’insieme tridimensionale senza precedenti