Scanner, software e stampa 3D per le nuove protesi oculari

La perdita del bulbo oculare può essere generata da cause congenite, tumori maligni o da distruzioni traumatiche in grado di comprometterne funzione e struttura, con serie conseguenze sulla qualità della vita di chi ne viene colpito. Si tratta di una delle menomazioni più evidenti a cui da sempre la chirurgia ha cercato di offrire soluzioni sempre più innovative ed efficaci. Oggi, grazie alle tecniche di fabbricazione digitale come la stampa 3D, è possibile introdurre nuove metodiche anche in questo ambito, con materiali realistici, protesi personalizzate e adattate alle necessità del paziente, metodi di produzione rapidi e sicuri, sfiorando ancora una volta risultati straordinari.

Come descritto dal Dr. Lovisolo, direttore dei Centri di Chirurgia Oculare Quattroelle di Milano, quando è necessaria l’asportazione completa dell’occhio, si è soggetti ad un intervento ampiamente demolitivo che pregiudica in modo pesante l’aspetto estetico del paziente e i quindi i suoi rapporti sociali e umani, imponendo l’applicazione di una protesi. L’impianto purtroppo non è una soluzione definitiva: nella quasi totalità dei casi, infatti, si manifestano problemi tardivi, anche dopo parecchi anni dall’intervento. La progressiva riduzione del volume orbitale e l’assenza di muscoli che sostengono le protesi esterne, portano ad un abbassamento delle palpebre sia superiori che inferiori provocando la caduta dell’impianto e l’allargamento del solco palpebrale con conseguenze estetiche importanti. Il problema più rilevante che si riscontra con le endoprotesi è l’espulsione, che consiste nello spostamento e fuoriuscita di un impianto dalla sua sede dovuta a sutura inadeguata, a collasso dei tessuti o a difetti della protesi stessa. È a questo punto che entra in scena l’ocularista, il protesista degli occhi che si occupa della costruzione della protesi interne ed esterne.
Per le endoprotesi che servono a mantenere inalterato il volume orbitale, ci sono diversi materiali a disposizione, a partire dal silicone, utilizzato da più tempo grazie al basso costo e alla sua versatilità. Materiali moderni sono invece l’idrossiapatite (biomateriale poroso ricavato da coralli marini, simile alla composizione minerale dell’osso umano) e il polietilene ad alta densità (Medpor). Troviamo una panoramica sul sito Dalpasso, sezione Impianti.

1Endoprotesi in PMMA  a);impianto classico di Allen b); idrossiapatite (sfera) c); Medpor (d); impianto di Guthoff (e); espansori cavitari (f) (si espandono progressivamente per tentare di compensare lo scarso sviluppo dell’orbita).

Infine c’è l’impianto autologo dermograssoso, consigliato nei casi di rigetto  degli altri tipi di endoprotesi, che si realizza con materiale adiposo prelevato da altre parti del corpo. Il successo di tale impianto dipende molto dall’integrità dei muscoli oculari e soprattutto dalla loro vascolarizzazione, fondamentale per l’attecchimento del tessuto adiposo. Purtroppo l’impianto, anche se ben riuscito, perde parte del suo volume col tempo. Sempre all’ocularista spetta il compito della scelta delle protesi esterne che hanno lo scopo di ripristinare simmetria di forma, colore e dimensioni, compensando, nel limite del possibile, la tendenza a rimpicciolirsi della cavità oculare e l’allineamento della rima palpebrale, mantenendo attivi i movimenti palpebrali.

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Purtroppo i costi di interventi, protesi, e consulenze di oculisti ed ocularisti non sono coperti dall'assistenza sanitaria di base in tutto il mondo e restano quindi inaccessibili a tante persone. Per fortuna questo è un settore in cui la stampa 3D può alleviare sia la sofferenza fisica che la carenza di disponibilità finanziarie. I ricercatori hanno infatti sviluppato un modo veloce ed economico per costruire le protesi per malati sottoposti ad asportazione dell'occhio utilizzando il software di scansione del volto e la stampa 3D.
Prendiamo come esempio il caso di un bambino americano affetto da tumore che ha causato l’eviscerazione del bulbo oculare e la perdita di entrambe le palpebre. Il Dr. David Tse, professore di oftalmologia presso il Bascom Palmer Eye Institute in Florida, altamente qualificato in plastica oftalmica, chirurgia orbitale e oncologia, che lo ha avuto in trattamento ha raccolto donazioni per contribuire al pagamento della prima protesi. Ma ora il bambino è un adolescente, e, crescendo, la cavità oculare si è modificata e la protesi è stata rimossa: il ragazzo è costretto perciò ad indossare una benda sull'occhio perché la famiglia non può permettersi l’acquisto di una seconda protesi, il cui costo varia dai 10.000 ai 15.000 dollari.
"Speriamo che utilizzando questo processo di stampa 3D rapido e meno costoso, si possa realizzare una protesi dai costi accessibili per lui e anche a migliaia di altre persone che come lui non dispongono delle risorse economiche per ottenerne una costruita da un ocularista", riferisce il dottor Tse.

Il procedimento è concettualmente molto semplice. Utilizzando la scansione topografica e la tecnologia di stampa 3D, i ricercatori dell'Università di Miami hanno sviluppato un processo molto rapido per la fabbricazione di protesi facciali. I pazienti vengono esaminati sul lato integro del viso usando uno scanner mobile. La scansione viene quindi ripetuta sul lato con il difetto orbitale. Il software poi compara le due scansioni per creare un'immagine 3D del volto. L'informazione topografica viene inviata ad una stampante 3D, che stampa una maschera con un nuovo materiale messo a punto dal Dr. Tse e dal suo team della Composite Materials Lab della University of Miami. Questo è caratterizzato da un "mix di proprietà che fornisce un rinforzo supplementare alla protesi e permette di abbinare molte tonalità di colori della pelle, iniettando contemporaneamente alla stampa, dei pigmenti colorati in modo da essere simili al tono della pelle del paziente." Con il tempo, le protesi facciali convenzionali tendono a scolorire e i bordi tendono a collassare verso il basso. In questa nuova versione stampata in 3D, della nanoargilla impedisce allo sporco di depositarsi e protegge il materiale dai cambiamenti di colore quando viene esposta ad umidità e luce.
Landon Grazia, Ph.D., dirige il Composite Lab ed è anche un assistente professore di ingegneria meccanica e aerospaziale: "Il nostro obiettivo a lungo termine è quello di aiutare i pazienti in qualsiasi parte del mondo. Fare una scansione, scaricare i dati a Miami, stampare la protesi e spedire di nuovo al paziente il giorno dopo. "

Le nuove applicazioni per protesi mediche sono una parte particolarmente importante e affascinante del settore della stampa 3D. Il costo delle protesi stampate diminuisce fino a 100 volte rispetto a quelle tradizionali, ma la caratteristica più interessante è la personalizzazione dei dispositivi medici che permette una migliore performance delle protesi, quindi un maggiore comfort per i pazienti. La stampa 3D ci sta promettendo che sostituire una parte del nostro corpo non sarà più traumatico come in passato perché ce ne fornirà una nuova, identica in tutto e per tutto a quella persa, che si adatterà completamente al nostro corpo. Sarà come non averla mai persa?

Image credits

Dalpasso
Galileonet

Lusiana Pasquini - Open BioMedical Initiative

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11 Commenti

  1. Ernesto Sorrentino 21 gennaio 2015
  2. Domenico Domenico 21 gennaio 2015
  3. caronte88 21 gennaio 2015
    • Giovanni Lorenzini gioam.lorenzini 21 gennaio 2015
      • caronte88 21 gennaio 2015
        • Giovanni Lorenzini gioam.lorenzini 21 gennaio 2015
  4. Giovanni Lorenzini gioam.lorenzini 21 gennaio 2015
  5. zordanmanuel 22 gennaio 2015
  6. sergio_arduino48 sergio_arduino48 23 gennaio 2015
  7. Will_Normac Will_Normac 30 gennaio 2015
    • Will_Normac Will_Normac 30 gennaio 2015

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