Attrezzi industriali, componenti aerei e navali, render, abiti da passerella, parti di automobili, cibo, decorazioni per torte ed alta gioielleria quotidianamente vengono riprodotti e stampati in 3D, tecnologia che permette di effettuare test e realizzare prodotti finiti.
Molteplici sono ad oggi i settori industriali dove la stampa 3D sta guidando una vera e propria rivoluzione, raggiungendo mercati ed industrie che fino a pochi anni fa non sarebbero stati nemmeno considerati appropriati per questa tecnologia.
Tale rivoluzione trova diverse applicazioni e permette di dar vita a qualsiasi oggetto in tre dimensioni: non si crea più superficie, ma volume. La stampante 3D rispetto alla 2D, invece di lavorare sulle due dimensioni del foglio, si muove lungo tre assi e sovrappone tra loro diversi strati di materiale (polimeri, polveri metalliche, biomateriali e plastiche).
Il settore medicale è anche esso investito da questo enorme cambiamento nel produrre e realizzare prototipi: sono sempre più frequenti le sperimentazioni che coinvolgono la sanità, le università e produttori di hardware e software. La produzione di protesi e la creazione di modelli dettagliati di parti del corpo umano, consentono ai chirurghi di pianificare in anticipo le operazioni, diminuendo i rischi per i pazienti. La stampa 3D contribuisce inoltre a realizzare utensili ed attrezzi ad hoc utili per diverse tipologie di interventi chirurgici come ad esempio le placche di titanio costruite su misura per sostituire ossa danneggiate.
Si parte da un oggetto disegnato tramite software che invia le informazioni necessarie alla stampante stessa a cui è collegato. Il macchinario crea l’oggetto principalmente secondo una procedura verticale: inizia cioè dal basso verso l’alto attraverso una stratificazione. Si parla dunque di produzione additiva poiché l’oggetto viene creato per strati con il materiale prescelto.
CUORE IN 3D
Gli sviluppi nel bioprinting 3D sono stati principalmente motivati dalla disponibilità limitata di organi su scala globale, necessari per la riabilitazione di organi e tessuti persi o danneggiati.
Il laboratorio di ingegneria dei tessuti e medicina rigenerativa del professor Tal Dvir dell’ Università di Tel Aviv ha realizzato il primo cuore al mondo stampato in 3D con tessuti e vasi sanguigni umani, definendolo un importante progresso medico. È il primo organo potenzialmente funzionante totalmente stampato in 3D, grazie ad una tecnologia che parte dai tessuti di un paziente e che è in grado di ricreare e replicare il materiale totalmente compatibile con la biologia umana e riprodotto nei minimi dettagli. I ricercatori stimano che sarà possibile stampare organi e tessuti personalizzati entro 10-15 anni, eliminando così la necessità di donazioni di organi e il rischio di rigetto del trapianto, ha detto il Centro Ramot (Business Engagement Center presso l'Università di Tel Aviv). Per di più, la casa farmaceutica Bayer, ha firmato un accordo di collaborazione con ricercatori del laboratorio di Dvir, per testare la tossicità e l'efficacia di nuovi farmaci sul tessuto cardiaco umano stampato in 3D. Questa tecnologia innovativa potrebbe potenzialmente rivoluzionare lo screening dei farmaci risultando più veloce, più economico ed efficiente rispetto al metodo tradizionale.
FARMACI IN 3D
In parallelo, il centro Yissum (Technology Transfer della Hebrew University di Gerusalemme) ha recentemente annunciato una nuova piattaforma tecnologica per la fabbricazione di farmaci sottoforma di capsule stampate in 3D. Il nuovo processo è stato sviluppato attraverso una collaborazione tra il professor Shlomo Magdassi, il capo del Centro di stampa 3D e funzionale della Hebrew University e la professoressa Ofra Benny, una ricercatrice dell'Istituto di ricerca sui farmaci dell'università. Tali farmaci personalizzati stampati in 3D si baseranno sulla tecnologia ad idrogel i quali hanno capacità di cambiare forma, espandersi e persino attivarsi con un programma ritardato. La tecnica potrebbe consentire ai medici di personalizzare i livelli di dosaggio per i farmaci da prescrizione in base alle esigenze di ciascun paziente. Questa tecnologia permetterà, in sostanza, di creare un farmaco tailor-made, studiato e realizzato per le esigenze del singolo, evitando così tutti gli effetti indesiderati e complicanze per la sua assunzione.
L'impegno di Yissum nella stampa di farmaci non è del tutto senza precedenti, poiché anche altri laboratori di ricerca hanno esplorato l'uso della produzione additiva e del bioprinting per il dosaggio controllato dei farmaci tra cui l’azienda britannica di biotecnologie FabRx. Secondo tale azienda questo approccio patient-centric potrebbe arrivare negli ospedali e nelle farmacie entro i prossimi 10 anni. Da notare che il primo farmaco stampato in 3D è stato il baclofene in formulazione pediatrica, che agisce rilassando i muscoli, ed è stato preparato a partire dai suoi precursori in sole tre tappe.
OSSA IN 3D
Tra i pionieri dell’impiego delle tecnologie additive nella chirurgia ortopedica c’è l’italiano Guido Grappiolo della fondazione Livio Sciutto di Savona: nel 2007 ha impiantato, in un paziente colpito da una severa artrite, un’anca in titanio prodotta con tecnologia additiva ancora oggi perfettamente funzionante. Da allora il team di Grappiolo ha inserito altre 600 protesi per anca sviluppate dalla società LimaCorporate specializzata in impianti ortopedici.
Il più grande vantaggio che le stampanti 3D offrono nelle applicazioni mediche è la libertà di produrre prodotti e apparecchiature medicali su misura e personalizzate. Inoltre l’utilizzo di questa tecnologia permette di abbattere i costi e realizzare prodotti in maniera più veloce ed accurata. Per contro, va sottolineato che i limiti di questa tecnologia applicata al medicale risiedono nelle severe ed eterogenee normative internazionali, che entrano in gioco soprattutto quando si tratta di utilizzare materiali biocompatibili per componenti sanitari che devono stare a contatto oppure risiedere dentro il corpo umano.
Al giorno d'oggi, la tecnologia di stampa 3D rappresenta una grande opportunità per aiutare le aziende farmaceutiche e mediche a creare farmaci più specifici, consentendo una rapida produzione di impianti medici e cambiando il modo in cui medici e chirurghi pianificano le procedure.
Ci immaginiamo quindi in futuro organi impiantabili e medicinali stampati in 3D, riducendo le liste di attesa, aumentando il numero di vite salvate e una riduzione di effetti avversi grazie ad una terapia ad hoc per il paziente. In conclusione, la produzione additiva per la sanità è ancora un vero e proprio work in progress, ma ci auguriamo al più presto di poterne trarre benefici senza precedenti.
Il primo cuore stampato in 3D con cellule vive e vasi sanguigni in mostra in un laboratorio dell'Università di Tel Aviv (Foto di Flash90)
Micaela Sasson
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