Trends nella stampa 3D di dispositivi medicali su misura

Le tecnologie di stampa 3D stanno, sempre di più, aprendo nuove possibilità di personalizzazione in campo medicale. L’utilizzo di nuovi materiali, anche biocompatibili, può permettere la realizzazione di prodotti perfettamente adattabili alle particolari esigenze del singolo individuo. Laboratori odontotecnici e di ausili per deficit di tipo uditivo sono tra i primi utilizzatori della tecnologia di stampa 3D per produzioni di massa di dispositivi medici su misura, ma si manifesta una crescita anche nel campo dei materiali delle neuroscienze, tossicologia, oltre ad una grande diversità di altre branche di applicazione. Anche Open Biomedical Initiative (OBM) come organizzazione no-profit vuole fondere insieme le idee e i metodi rivoluzionari che le nuove tecnologie di stampa 3D permettono di realizzare, con il mondo dell’Open Source e low-cost applicato alle tecnologie biomedicali.

Stampa 3D applicata ai Laboratori Dentali

I laboratori dentali hanno iniziato a sfruttare la stampa 3D per aumentare l’efficienza produttiva e la precisione nei processi di fabbricazione di protesi dentali.
L’introduzione di questa tecnologia ha permesso di accelerare e migliorare il flusso di informazioni della diagnostica sul paziente tra il dentista e il laboratorio odontotecnico.

Come fase iniziale del processo il dentista effettua una scansione della bocca del paziente in modo da ottenere i dati necessari al laboratorio per l’elaborazione della protesi. Questi dati sono quindi analizzati attraverso software dedicati (3Shape CAMbridge or DWOS-RPM), che permettono la conversione di questi dati in formato CAD/CAM. In questo modo il laboratorio può immediatamente iniziare la produzione dei componenti necessari al paziente senza ulteriori elaborazioni, così da soddisfare rapidamente il cliente e con una qualità costante.

I progressi nella ricerca sui materiali, inoltre, hanno portato alla disponibilità di soluzioni di stampa 3D che sono biocompatibili e certificate per l'utilizzo all’interno del cavo orale, sia a breve sia a lungo termine. Un esempio di materiale disponibile sul mercato è E-Shell 600 utilizzabile con serie envisionTEC Perfactory di stampanti 3D.
Un'ulteriore area di applicazione della stampa 3D che utilizza materiali biocompatibili è quella relativa alla realizzazione di provvisori dentali. In questo caso il processo di guarigione richiede una tempistica più lunga e spesso è richiesto l'impiego di corone dentali temporanee per preservare la struttura gengivale circostante l’impianto. Per questo sono richieste caratteristiche di elevata durata, stabilità e biocompatibilità del materiale utilizzato.
A questo scopo il materiale E-Dent di envisionTEC per l'uso sulla linea di stampanti 3D Perfactory è stato il primo a Conformità Europea (CE). L’applicazione della stampa 3D permette la produzione di apparati dentali provvisori con elevata precisione, il che riduce i tempi di lavorazione.

Stampa 3D applicata alla realizzazione di apparecchi acustici

Il settore della produzione degli apparecchi acustici vanta forse la più alta percentuale di prodotti personalizzabili realizzati tramite l’utilizzo di stampanti 3D.
Sono disponibili sul mercato diversi materiali di colori differenti, resistenti all’acqua e traspiranti; ciò permette al produttore di offrire una soluzione personalizzata al paziente sia per forma sia per colore. Quest'ultimo accorgimento permette di meglio adattarsi alla pigmentazione della pelle. Nell’utilizzo clinico esistono metodologie e strumenti che permettono di utilizzare le immagini ottenute attraverso Tomografia computerizzata o Risonanza magnetica per creare file STL per la stampa di modelli 3D solidi che possono poi essere utilizzati come modelli per gli impianti. Un esempio di sistemi adatti allo scopo sono Prefactory e 3D-Bioplotter di envisioTEC.

Ingegneria dei tessuti, sistemi di rilascio controllato di farmaci e stampa 3D

L’ingegneria dei tessuti e i sistemi di rilascio controllato di farmaci richiedono la realizzazione di elementi con strutture ben definite sia interne che esterne.

A tale scopo il mondo delle tecnologia di stampa 3D, unita a quella dei materiali, torna utile per soddisfare questi requisiti.
La tecnica può essere descritta come la deposizione di materiali nelle 3 dimensioni mediante pressione. I materiali variano da una pasta viscosa a liquido e sono deposti utilizzando apposite siringhe che si muovono lungo i 3 assi per creare la struttura tridimensionale. Una pressione meccanica (o tramite immissione di aria) viene applicata alla siringa che deposita un filo di materiale per tutta la durata del movimento e dell’applicazione della pressione stessa. Fili paralleli sono depositati in un unico strato. Per gli strati successivi la direzione del filo di materiale è ruotata verso il centro creando in questo modo una maglia fine che presenta buone proprietà meccaniche e ben definite proprietà di porosità.

Tramite l’utilizzo di paste, gel, o qualunque altro liquido che può essere rapidamente solidificato, questa tecnologia consente una vasta gamma di applicazioni.
Il supporto di costruzione può essere una lastra di vetro, una superficie metallica raffreddata o addirittura un liquido, che consente non solo una solidificazione mediante trasferimento ionico, e altri metodi di reticolazione, ma fornisce anche un supporto di galleggiabilità per i fili tracciati durante il processo di solidificazione. Nella realizzazione di dispositivi per il rilascio dei farmaci, controllando lo spessore del filo, si ottengono elevate caratteristiche di precisione del rilascio stesso.
Lo spessore del filo è importante anche nei processi utilizzati in ingegneria dei tessuti quando si aggiungono le cellule al processo di stampa stesso, come anche la distanza tra la superficie del filamento e la posizione della cellula è cruciale per la sua proliferazione.
Infine, il disegno degli interni dell'oggetto influenzerà fortemente le sue proprietà meccaniche e può essere modificato per imitare il tipo di tessuto che va a sostituire.

Questa nuova tecnologia è in fase di sperimentazione e in un futuro molto prossimo potrà avere una diffusione importante nel campo della biostampa di organi artificiali e probabilmente permetterà di “stampare” organi direttamente trapiantabili.

Attualmente la biomedica generale, come anche OBM, lavora principalmente con strutture termoplastiche, modellabili digitalmente e stampabili mediante stampanti 3D ma le nuove tendenze fanno presagire che in futuro si vedrà un’interazione e una commistione sempre più consistente tra materie artificiali e biologiche.

Conclusioni

L’utilizzo delle tecnologie di stampa 3D sta evolvendo sempre di più e si sta rivelando di grande utilizzo e versatilità in diversi ambiti tecnologici e industriali. Il campo medicale non fa eccezione a questa tendenza e l’applicazione di questa tecnologia, unita allo sviluppo di nuovi materiali, permettono di soddisfare standard di qualità e biocompatibilità sempre più elevati. Inoltre la diffusione e l’accessibilità sempre più di uso comune di questa tecnologia sta permettendo di realizzare ausili biomedicali a basso costo destinati a paesi in via di sviluppo, il che costituisce uno dei traguardi che OBM, in qualità di associazione Open Source e no-profit si prefigge di raggiungere.

 

Orlando Rossi - Open BioMedical Foundation

9 Commenti

  1. talentoguido 24 novembre 2014
    • ammaliovito 24 novembre 2014
      • Open BioMedical Initiative Open BioMedical Initiative 24 novembre 2014
    • Open BioMedical Initiative Open BioMedical Initiative 24 novembre 2014
  2. Giorgio B. Giorgio B. 24 novembre 2014
    • Open BioMedical Initiative Open BioMedical Initiative 24 novembre 2014
  3. StefanoDS StefanoDS 25 novembre 2014
    • Open BioMedical Initiative Open BioMedical Initiative 27 novembre 2014
  4. Maura Colaizzo 28 novembre 2014

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