Home / Salute / Stampante 3D: Creato orecchio di 5 bambini malformati con cellule stampate in 3D

Stampante 3D: Creato orecchio di 5 bambini malformati con cellule stampate in 3D

In Cina per la prima volta sono state utilizzate le cellule del paziente ed una stampante 3D e ricostruito l’Orecchio di 5 bambini tutti di età compresa tra i 6 ed i  9 anni quali erano nati con una anomalia del padiglione auricolare che nei piccoli pazienti si presentava arretrato e rimpicciolito. Questi risultati sono stati Resi noti sulla rivista EBIOMedicine. Per quanto riguarda la ricostruzione dell’orecchio, Questa è stata coordinata da Ylin Cao del Tissue Engineering Research Key Laboratory di Shanghai e Università Jiao Tong a Shanghai. I bambini in questione erano purtroppo affetti da microtia che per chi non lo sapesse è una malformazione che riguarda circa uno ogni 5000 nuovi nati e soprattutto nei casi più gravi può dare problemi all’udito. Si tratta Dunque di una notizia davvero molto importante perchè per la prima volta nella storia della medicina è stato ricostruito un orecchio con la stampa 3D a ben 5 bambini affetti da questa patologia che ricordiamo è una malformazione congenita del padiglione auricolare.

Gli studiosi coordinati dal professor Yilin Cao, per ricostruire le orecchio malformato pare abbiano prelevato le cellule dai bambini e dopo aver creato uno stampo basato sull’ orecchio sano hanno fatto crescere le cellule all’interno di questo stampandole in 3D. Il risultato è stato ottenere un orecchio identico a quello copiato Che successivamente è stato impiantato attraverso un intervento chirurgico. Questo studio appare molto promettente, ma ovviamente serviranno delle conferme soprattutto a lungo termine e anche una casistica più ampia.

Inoltre, stando a quanto riferito dal Massachusetts Eye and Ear a Boston ci sono alcuni aspetti potenzialmente pericolosi in questo protocollo terapeutico per esempio il fatto che i medici abbiano usato le cellule dell’orecchio malformato che potrebbero non essere sane e dare altri problemi a lungo termine. “Siamo stati capaci di progettare, fabbricare e rigenerare l’orecchio esterno in modo personalizzato per ciascun paziente”, hanno scritto i ricercatori nel loro studio. Nonostante ciò serviranno ulteriori sforzi per poter portare questo progetto Nella routine e clinica aggiungono i ricercatori. “In futuro, un follow-up a lungo termine di almeno 5 anni delle caratteristiche della cartilagine e dei risultati clinici sarà essenziale”, scrivono.

Fino ad oggi il metodo più efficace per poter risolvere la microtia che come abbiamo detto può comportare anche dei problemi funzionali all’udito era la ricostruzione dell’orecchio con la chirurgia plastica. L‘equipe medica che ha eseguito l’intervento e la ricostruzione dell’orecchio su un bambino di 5 anni sta continuando un monitoraggio costante al fine di poter capire come questo soggetto sta reagendo alla nuova protesi sia da un punto di vista di adattamento sia per quanto riguarda la qualità della vita.

Le nuove tecnologie in sanità hanno incrementato sempre più la qualità del servizio offerto al paziente. Alla loro continua evoluzione va ricollegata l’introduzione della stampa 3D in ambito medico. La stampa 3D è una tecnologia low cost basata sull’invio di informazioni da parte di un file digitale a una stampante 3D che deposita il materiale estruso dalla cartuccia, strato su strato, al fine di creare un oggetto fisico. Le applicazioni cliniche della stampa 3D spaziano dalla fabbricazione di repliche anatomiche per il planning prechirurgico alla costruzione di dispositivi medici su misura e alla creazione di tessuto biologico. La nostra esperienza è incentrata sulla riproduzione di modelli di fratture in chirurgia ortopedica e traumatologica.

Oggi le fratture, in particolar modo quelle articolari complesse, vengono esaminate attraverso radiografie e TAC preoperatorie che permettono una migliore definizione delle immagini ai fini dello studio della lesione. La potenzialità della stampa 3D consiste nella possibilità di ricreare fisicamente, a partire da queste immagini esportate in formato .stl, il modello dell’osso in scala 1:1 in un arco temporale che varia da 6 a 12 ore.

I modelli così ottenuti sono utilizzati per selezionare il mezzo di osteosintesi più adatto, studiare l’appropriato pattern della frattura e valutare il coinvolgimento articolare e la scomposizione e frammentazione della frattura. Un simile planning consente una riduzione del tempo chirurgico – con una prevedibile riduzione dei costi di utilizzo della sala operatoria – e migliora l’outcome dei pazienti. Tale potenziamento dell’esperienza tattile e visiva ha permesso l’uso dei modelli in 3D anche in supporto alla comunicazione medico-paziente e alla formazione dei chirurghi. L’introduzione della stampa 3D in campo medico, come ogni cambiamento interno ad una organizzazione, deve affrontare determinate barriere, tra cui occupa un ruolo primario l’eccessiva attenzione ai costi, che svaluta l’importanza di una innovazione non focalizzata su questi ultimi.

Il rischio è che il sistema sanitario, in merito all’utilizzo routinario del modello tridimensionale, consideri unicamente la possibilità di una riduzione immediata del costo operatorio. Si tratterebbe di una teoria economica applicata alla sanità volta a ritenere utile la replica solo laddove essa consenta la diminuzione della durata dell’operazione chirurgica per un lasso di tempo quantificabile. La chirurgia, al contrario, è una delle branche della medicina meno standardizzabili: ogni situazione clinica è diversa, ogni intervento chirurgico possiede una altissima variabilità intrinseca, acuita ancor più nel caso di fratture articolari complesse, ove la singolarità della situazione clinica è spesso estrema. In questi casi il modello utilizzato per il planning preoperatorio è notevolmente utile, poiché facilita la comprensione della frattura o le manovre di riduzione. Le fratture stampate in 3D di calcagno – osso caratterizzato da una geometria peculiare – illustrano la scomposizione spaziale dei frammenti ad un livello di realismo mai raggiunto prima. Nelle fratture di clavicola, un mezzo di osteosintesi posizionato in maniera non ottimale spesso richiede un secondo

intervento di rimozione. In questa circostanza, l’effettivo risparmio dei tempi di sala operatoria dovuto all’utilizzo della stampa 3D è legato alla possibilità, in casi selezionati, di pre-modellare la placca di osteosintesi nel giorno precedente all’intervento. Nell’ambito della chirurgia della mano, in merito alle fratture di radio distale, scafoide e falangi, è frequente riscontrare una difformità tra le placche e le viti ritenute idonee in fase di pianificazione e quelle effettivamente considerate da impiantare nel paziente durante la valutazione in sala operatoria, con necessità di sostituzione del 30% circa degli strumenti di sintesi. I modelli anatomici tridimensionali sono utili anche con riferimento alle fratture di piatto tibiale, caviglia, testa omerale e scapola. Poiché un incremento della qualità dei servizi sanitari non può prescindere dal miglioramento degli outcome dei pazienti, rilevante è la qualità della comunicazione medicopaziente finalizzata all’acquisizione del consenso informato. A tal proposito, il paziente che osserva e maneggia il modello può comprendere meglio l’entità della lesione subita: ciò incrementa altresì la sua adesione al trattamento, nell’ottica di una auspicabile limitazione del ricorso indiscriminato al contenzioso medico-legale.

Vero è che nell’ambito del quality assessment non vi è unanimità circa l’opportunità di considerare come indicatore di qualità l’opinione dei pazienti, poiché la sanità corrisponde a “un mercato particolare” ove il paziente/utente non è assimilabile al cliente di un’impresa, principalmente perché quasi mai possiede le competenze per valutare la qualità tecnicoscientifica delle cure ricevute . La stampa 3D può però fornire un supporto al paziente tale da superare un limite di questo tipo: permettendo, infatti, una maggiore comprensione della realtà biologica contribuisce a ridurre quella asimmetria informativa che impedisce un giudizio del paziente stesso sulla qualità tecnico-scientifica delle terapie. La stampa 3D deve essere impiegata in ambito ospedaliero come strumento aggiuntivo, in affiancamento ai mezzi tradizionali, in un panorama tale da poter maturare al punto da divenire gold standard nel contesto del planning prechirurgico, della formazione dei medici e della comunicazione medico-paziente. Non va intesa come uno stravolgimento dei protocolli esistenti, ma come un rafforzamento delle procedure ospedaliere finalizzato al raggiungimento di una performance clinica superiore rispetto al passato. Un simile cambio di prospettiva ha il potenziale inestimabile di influire sulla qualità dell’assistenza clinica, generando un’enfasi positiva con riferimento alla dimensione tecnologica della medicina, capace, altresì, di innovare la cultura stessa su cui è basato l’adempimento alle prestazioni sanitarie.

Se ogni lavoro sulle nuove tecnologie nasce necessariamente con il peccato originale della obsolescenza istantanea, anche se programmato per essere in costante divenire (e in questo la pubblicazione on line è insostituibile strumento di aggiornamento), allora ciò è ancora più vero per quest’opera, che nasce con la vocazione quasi provocatoria di trattare da diversi punti di vista il tema della stampa 3D, sul quale ormai più che quotidianamente si leggono novità davvero straordinarie (anche nel senso strettamente etimologico del termine!), in relazione ad utilizzi immaginati qualche tempo fa solo dalla narrativa giudicata di fantascienza. La nostra non è una variazione sul tema abusato della captatio benevolentiae, piuttosto una costatazione e, meglio, la spiegazione della natura dell’opera. Archiviate ansie di esaustività analitica abbiamo pensato di coltivare il terreno della interdisciplinarietà sintetica, che ci è parso essere ancora sperimentale con riferimento alla stampa 3D, innovazione suscettibile di costituire la summa delle opportunità e insieme delle criticità delle nuove tecnologie. Abbiamo, così, coinvolto studiosi, appassionati ed esperti di diversa estrazione e competenza e chiesto loro non tanto di spiegare la realtà, quanto di proporre temi e scenari in grado di aiutare il lettore a com

prendere il fenomeno, facendo leva sulla complementarietà dei punti di vista differenti e sulla curiosità stimolata dal disporre di molteplici chiavi di lettura. Il tentativo di fotografare la realtà proviene invece dai contributi della sezione esperienze, nella quale abbiamo dato la parola alle imprese, con l’obiettivo di descrivere la propria storia e di suggerire alcune fra le infinite applicazioni della tecnologia della stampa 3D. Quello che si dice per le enciclopedie si può dire, mutatis mutandis e ben più modestamente (e, prima ancora, diversamente), anche per quest’opera, il cui piano ambizioso contempla un lavoro in divenire con l’aggiornamento costante dei contributi esistenti e l’inserimento di nuovi, con l’obiettivo di ampliare lo spettro della ricerca ad altri ambiti (ad esempio, tra i tanti, la filosofia del diritto, il diritto del lavoro, la sociologia, sia economica che del lavoro, la chimica dei materiali). Non deve stupire che l’idea dell’opera provenga da giuristi; ci pare anzi che la curiosità di conoscere fenomeni e di individuarne le implicazioni sulla persona, sulla società e sui relativi rapporti, sia un indispensabile spunto non tanto per discutere sul governo dei medesimi (come il giurista normalmente pretende di fare), quanto per cercare di scoprirli nella realtà (come ci ha insegnato e raccomandato Bruno Leoni), per quanto assurdo questo verbo possa suonare se associato alle nuove tecnologie. A maggior ragione non possiamo concludere questa breve prefazione senza ringraziare con convinzione gli autori degli interventi, che hanno aderito all’iniziativa lasciando i lidi della ricerca più sicura e tranquilla per addentrarsi in terreni parzialmente inesplorati, e ai quali abbiamo lasciato ampia libertà di utilizzare forme e strumenti di indagine ritenuti più appropriati o comunque più conformi al proprio spirito.

Non capita tanto spesso di essere immersi in una rivoluzione dei processi produttivi e di potersene rendere conto con i propri occhi. Nei decenni recenti qualcosa del genere è accaduto solo con la diffusione progressiva dei personal computer, che a cavallo tra gli anni Ottanta e Novanta hanno profondamente mutato il modo di lavorare e poi di vivere – specie ora che di fatto il computer davvero personal è lo smartphone che portiamo in tasca – per milioni di persone. Gli anni Dieci di questo secolo sono segnati da una profonda rivoluzione nella distribuzione della capacità produttiva, che progressivamente si sposta dalla fabbrica tradizionale con le sue linee di montaggio a strutture più piccole ed elastiche, delocalizzate e addirittura talvolta virtuali, grazie alla potenza delle connessioni digitali. Il fattore scatenante di tutto questo è la diffusione delle tecniche di produzione additiva: è il cosiddetto Additive Manufacturing, che quasi sempre viene identificato con la stampa 3D. Questa diffusione, unita alla nascita di software di progettazione e design sempre più semplici da usare e persino gratuiti, sta già permettendo a piccole aziende e a singoli imprenditori di avviare processi produttivi estremamente elastici proprio perché slegati dai vincoli tradizionali della catena di montaggio e della produzione di massa. È già possibile oggi gestire produzioni  di piccoli lotti di oggetti, al limite anche singoli pezzi realizzati on demand, a costi contenuti e una volta impensabili, usando stampanti 3D proprie o, più efficacemente per ora, servizi di stampa 3D conto terzi che producono gli oggetti in pochi giorni e li consegnano in tutto il mondo altrettanto velocemente. Anche negli ambiti più tradizionali l’Additive Manufacturing sta trovando largo impiego uscendo da quello che negli ultimi anni è stato il suo uso più tipico, ossia la prototipazione rapida. La stampa 3D permette infatti di realizzare oggetti con forme che sarebbero impossibili da ottenere mediante il classico stampaggio a pressione di plastiche o metalli fusi, come anche consente di costruire come blocchi unici oggetti che di norma nascono dall’assemblaggio di più componenti, con implicazioni ovvie e importanti per quanto riguarda la robustezza complessiva degli oggetti stessi. Per capire meglio tutte queste implicazioni, però, conviene esaminare la stampa 3D da un punto di vista più tecnico.

Strato per strato La stampa 3D è una tecnica di tipo additivo perché gli oggetti vengono realizzati progressivamente strato per strato, a differenza di altre tecniche cosiddette sottrattive perché arrivano al prodotto finale eliminando materiale da un blocco di partenza, come accade ad esempio per il tornio. Sintetizzando e semplificando molto, l’oggetto da stampare viene progettato con un software di CAD o modellazione tridimensionale, poi viene suddiviso virtualmente in “fette” orizzontali di spessore ben inferiore al millimetro. Questa scomposizione in strati sottilissimi viene opportunamente convertita in un file di dati comprensibili per una stampante 3D, che provvede a realizzare i singoli strati uno per uno.

Dato che ognuno di essi è generato usando materiale plastico o metallico portato ad alta temperatura, ogni singolo strato si fonde automaticamente con quelli sottostanti man mano che viene completato. Oggi questo modello generico di lavoro si declina essenzialmente in due tecniche: il SLS (Selective Laser Sintering) e il FDM (Fused Deposition Modeling). Nel primo sistema un raggio laser opportunamente pilotato colpisce uno strato di polvere, plastica o metallica, finissima: nel punto colpito dal raggio la polvere si fonde e costituisce un punto (solido) corrispondente al punto virtuale del singolo strato dell’oggetto progettato. Completato uno strato dell’oggetto si depone un nuovo strato di polvere e il raggio laser “disegna” lo strato successivo dell’oggetto, e così via fino all’ultimo. Liberato della polvere in eccesso, a questo punto il nostro oggetto è pronto. Il FDM è una tecnica molto più economica che ricorda il funzionamento di una classica stampante a getto d’inchiostro per documenti cartacei.

Stavolta a tracciare i punti degli strati di un oggetto è una testina di stampa – in gergo tecnico un estrusore – che deposita piccolissime gocce di materiale plastico fuso (che entra nell’estrusore sotto forma di filamento proveniente da una vera e propria bobina). Anche in questo caso ogni goccia si fonde con le sue vicine per l’alta temperatura a cui è depositata. Da queste descrizioni un (bel) pò riduttive – i dettagli tecnici sottostanti sono molti di più ma vanno oltre l’ambito di queste pagine – si cominciano a intuire le principali differenze tra i due sistemi. Il laser sintering, o sinterizzazione, garantisce un’alta precisione di tracciamento e permette di utilizzare qualsiasi materiale che possa essere in qualche modo ridotto in polveri “laserabili”.

Con la sinterizzazione si producono oggetti tanto in materiali plastici quanto in leghe metalliche, con una precisione e un’efficacia tali che lo stesso ente spaziale americano, la NASA, usa questa forma di manufacturing additivo per alcuni componenti dei propulsori dei vettori spaziali di nuova generazione. In campo medicale, per fare un altro esempio immediato, si usa già da tempo la sinterizzazione di polimeri plastici sensibili fotosensibili, usando un raggio ultravioletto invece di un laser, per la produzione  di protesi dentarie. Dal canto loro le stampanti a deposizione di materiale plastico fuso pagano il fatto che un estrusore non sarà mai veloce e preciso quanto un raggio laser: sono quindi molto più lente e assai meno precise. Anche la scelta dei materiali da usare è più limitata, perché quasi sempre è ridotta all’ABS, una plastica molto diffusa e di derivazione petrolio, e al PLA, una plastica di derivazione vegetale e per questo biodegradabile.

L’asso nella manica – vincente quando si tratta di applicazioni di fascia (relativamente) bassa – delle stampanti a deposizione è il costo: se una unità in sintering ha un cartellino del prezzo nell’ordine dei 100-150mila euro – e da qui a salire – una stampante FDM è un oggetto volendo anche “personal”, da 1.500-2.000 euro per i prodotti commerciali più noti a 500-600 per chi ha le competenze e la passione di assemblarne una a mano partendo dai componenti di un progetto open source. Basteranno questi prezzi a portare una stampante 3D su ogni scrivania? Probabilmente no, perché nella gran parte dei casi non ce ne sarà bisogno. Da un lato i principali servizi di stampa 3D (ad esempio, tra gli altri, Shapeways, i.Materialise, Ponoko) stanno abbassando i loro costi e semplificando le loro procedure, in modo che utenti mediamente tecnici possano stampare ad alta qualità i loro oggetti senza investire in macchinari. Dall’altro lato cresce costantemente il numero dei Fablab presenti sul territorio: sono centri aperti al pubblico che possono acquistare stampanti di fascia anche media e metterle a disposizione dei visitatori, in una logica di condivisione delle risorse che ben si adatta alle nuove logiche di produzione decentrata e che permette di ammortizzare i costi d’acquisto delle stampanti “distribuendoli” nel tempo e su un gran numero di utenti.

La stampa 3D è un comparto tecnologico che in questa fase ha una evoluzione tecnica molto veloce e che segue strade molto diverse, a volte difficilmente immaginabili, e per questo non è semplice fare previsioni azzeccate su dove ci porterà anche solo tra uno o due anni. Solo qualche tempo fa molti pensavano che la sua applicazione di massa più evidente sarebbe stata la produzione autonoma di piccoli pezzi di ricambio per gli elettrodomestici di casa; oggi, invece, vediamo sfilare sulle passerelle delle Fashion Week di Parigi e New York abiti e accessori completamente realizzati con la stampa 3D. Nessun tecnico l’avrebbe mai immaginato. Oggi è chiaro che la stampa 3D è una tecnologia abilitante e non fine a se stessa, quindi c’è sempre la possibilità che qualcuno ne inventi una nuova applicazione fino a quel punto imprevista. Ciò premesso, alcune direttive di sviluppo più evidenti di altre ci sono. In primo luogo si sta lavorando assiduamente ad ampliare la gamma di materiali utilizzabili per la stampa, andando oltre le plastiche e i metalli di base. È un passo indispensabile per rendere la stampa 3D, specie quella a deposizione, più versatile e immediatamente percepibile come “utile” da parte del pubblico di massa. Nel segmento delle stampanti a sinterizzazione, che sono già in grado di stampare con materiali plastici diversi e in modalità multicolore, la sfida è quella dei metalli e delle leghe. Oltre ai classici acciaio, ottone e bronzo oggi è possibile stampare con titanio, platino e argento, il che permette di spingere la stampa 3D in un settore fondamentale come quello dell’oreficeria. Le stampanti a deposizione hanno una modalità di funzionamento più limitante ma si stanno anch’esse evolvendo velocemente: in primis si progettano unità con più estrusori per usare plastiche o colori diversi durante lo stesso processo di stampa, ma soprattutto si punta su nuovi materiali da rendere disponibili sempre sotto forma di filamento. Si può ad esempio “stampare in legno” usando un filamento nato dalla combinazione di un materiale plastico con un particolato legnoso e anche colmare – molto parzialmente – il divario con le stampanti a sinterizzazione stampando in metallo, più precisamente usando un filamento in cui la plastica è combinata con una polvere metallica, di solito bronzo. Si stanno anche sviluppando nuovi polimeri plastici, studiati da zero per la stampa 3D e non, come per ABS e PLA, nati per usi diversi e “riciclati” all’Additive Manufacturing. Trasversalmente a qualsiasi evoluzione tecnologica c’è poi quella economica: man mano che la stampa 3D interessa sempre più le aziende, i professionisti e il grande pubblico, cresce il suo mercato potenziale e si abbassano i costi dell’hardware e dei servizi collegati. Ancora una volta, il paragone con la diffusione del personal computing ci pare azzeccato, anche perché potenzialmente nessun settore applicativo è escluso a priori. Più avanti di tutto questo c’è ciò che viene sperimentato nei laboratori e che talvolta si guadagna gli onori della cronaca. Ci sono stampanti additive che depositano cellule invece di polimeri plastici e permettono quindi di costruire componenti organici che potrebbero sostituire parti malfunzionanti del nostro corpo. Ci sono stampanti 3D capaci di operare a livello subatomico e creare in questo modo micro-componenti altrimenti inimmaginabili, tanto da far ipotizzare nano-robot con amplissimi raggi d’azione in qualsiasi settore. I frutti di queste sperimentazioni, che peraltro in vari casi sono già parecchio avanzate, toccheranno il grande pubblico solo tra diverso tempo, ma le loro radici si stanno formando in questi anni, o anche mesi.