MedicinaStampa 3D per l'emergenza COVID-19

Come i tamponi nasali stampati in 3D potrebbero supportare i test per il COVID-19

Come è rapidamente emerso nella lotta contro COVID-19, uno dei fattori critici per arginare la diffusione del virus e comprenderne la portata sono i test diffusi. L’Organizzazione mondiale della sanità (OMS) ha promosso i test nella sua guida ai governi, ma sul campo molti paesi hanno faticato a potenziare le operazioni di test fino al livello richiesto. Uno dei principali inibitori dell’adozione di test più ampi è la mancanza di forniture, inclusi tamponi e kit di test e dispositivi di protezione individuale per gli operatori sanitari.

In quest’ultimo caso, abbiamo visto come la stampa 3D sia stata implementata da aziende e produttori di tutto il mondo per produrre schermi facciali su una scala impressionante (anche se va notato che questi schermi facciali devono essere indossati in combinazione con una maschera N95). Ciò che forse è meno noto è che le tecnologie di produzione additiva vengono anche utilizzate per produrre tamponi nasali per il processo di test COVID-19. In questo articolo vedremo perché la stampa 3D è un processo adatto per i tamponi e chi li sta realizzando oggi.

Il test COVID-19

Molte persone in tutto il mondo sapranno in prima persona qual è il test di rilevazione del coronavirus. Per coloro che non lo hanno fatto, uno dei processi più comuni consiste nell’inserire un tampone nasale lungo cinque pollici lungo il setto nasale fino al raggiungimento della rinofaringe. Il tampone deve quindi essere ruotato per un massimo di 15 secondi per raccogliere le secrezioni prima di essere rimosso e posto in un contenitore sterile per i test di laboratorio. Il processo di tamponamento è alquanto scomodo, poiché il tampone deve essere inserito a una profondità di alcuni pollici.

Sebbene i tamponi utilizzati assomiglino a dei cotton fioc allungati, non sono così prontamente disponibili. Cioè, visto che i tamponi non dovrebbero influenzare l’acido ribonucleico (RNA) del campione raccolto, non possono essere realizzati con materiali più comuni come cotone e legno. Anche i tamponi nasali utilizzati per i test COVID-19 sono appositamente progettati: hanno un piccolo pennello all’estremità che raccoglie muco e uno stelo cavo per trattenerlo.

Poiché la necessità di test diagnostici COVID-19 aumenta in tutto il mondo, la questione di come aumentare la produzione di questi tamponi nasali è diventata fondamentale. La stampa 3D, e in particolare la stampa 3D a base di resina, è una potenziale soluzione che viene esplorata e un numero selezionato di aziende sta guidando lo sforzo.

Perché stampare in 3D

Come abbiamo visto nel corso di questa pandemia globale, l’industria manifatturiera additiva ha dimostrato che la stampa 3D può essere utilizzata per consentire la produzione quando si verificano rotture nella catena di approvvigionamento o la produzione tradizionale è limitata. I vantaggi della tecnologia, tra cui l’iterazione rapida dei prototipi e la produzione flessibile su richiesta, sono stati utilizzati per produrre attrezzature molto necessarie per gli interventi di soccorso di COVID-19, inclusi schermi facciali e parti per ventilatori e respiratori.

Tamponi nasali stampati in 3D Formlabs

Nel caso dei tamponi nasali, i sistemi e i materiali di stampa 3D SLA riconosciuti a livello medico, comunemente utilizzati nell’industria dentale, sono stati adattati per soddisfare la produzione. Il processo a base di resina offre la stampa ad alta risoluzione, necessaria per i componenti fini, mentre i materiali biocompatibili già sottoposti a certificazione per applicazioni dentali possono essere utilizzati immediatamente.

Formlabs, Carbon ed EnvisionTEC sono tre delle aziende che lavorano a stretto contatto con gli operatori sanitari per sviluppare, validare e produrre i tamponi nasali COVID-19.

Tamponi di test di Formlabs

Lo specialista della stampa 3D SLA Formlabs, che ha una vasta esperienza nel settore dentale, ha collaborato con l’Università della Florida del Sud (USF), il Tampa General Hospital e il sistema ospedaliero di New York Northwell Health per sviluppare e stampare tamponi rinofaringei.

I tamponi sono stati progettati da professionisti della salute di USF e Northwell Health e ora sono stati ottimizzati da Formlabs per la stampa 3D. Ad oggi, Formlabs ha stampato in 3D centinaia di campioni di tampone di test utilizzando la sua resina per guida chirurgica biocompatibile, che ha subito e superato numerosi test presso USF Health. (USF Health, da parte sua, ha ricevuto l’approvazione IRB di emergenza e l’autorizzazione normativa).

Tamponi nasali stampati in 3D Formlabs

I tamponi stessi sono progettati per essere stampati in un unico pezzo e sono costituiti da un bastoncino flessibile con un punto debole e una punta a setole. Il punto debole del bastoncino, situato da 7 a 8 cm dalla punta, consente di rompere il bastoncino in modo da poter tappare la fiala per il trasporto in laboratorio.

Il più presto possibile, i partner prevedono di rilasciare i progetti per il tampone prototipo in modo che qualsiasi ospedale con un sistema SLA e il materiale giusto possa produrre i tamponi. Un portavoce di Northwell Health ha dichiarato al New York Times di essere in grado di stampare fino a 3.000 tamponi al giorno.

Tamponi reticolari di Carbon

Oltre a progettare uno schermo facciale da stampare utilizzando la sua piattaforma Digital Light Synthesis (DLS), Carbon ha anche collaborato con diverse istituzioni sanitarie per sviluppare progetti per tamponi di test stampati in 3D, che sfruttano il suo software Lattice Engine.

La società afferma che sta progredendo con tre modelli di tampone reticolare, che vengono valutati da partner clinici. Questa iniziativa di test viene condotta in collaborazione con Stanford Medical Center, Harvard Medical School/Beth Israel Deaconess Medical Center, Desktop Ful’s Ric Fulop, Chan Zuckerberg BioHub e University of North Carolina a Chapel Hill.

Prototipi di tampone nasale stampati in 3D di Carbon

La struttura reticolare integrata nel tampone sembra avere un duplice scopo: non solo riduce la quantità di materiale richiesto e consente tempi di stampa più rapidi, ma crea anche una trama simile a un pennello, che può raccogliere muco dall’interno del passaggio nasale.

In questa fase, Carbon afferma che non condividerà i suoi progetti di tamponi con il pubblico. La società afferma: “Poiché questo prodotto richiede certificazioni e attrezzature speciali per la produzione, sicurezza e conformità alle normative federali, al momento non stiamo condividendo questo file di stampa e non abbiamo bisogno di ulteriori partner di produzione. Aggiorneremo i partner se questa situazione dovesse  cambiare”.

Tamponi nasali di EnvisionTEC

La società di stampa 3D EnvisionTEC ha recentemente reso pubblico il suo impegno nella lotta contro COVID-19. La società afferma che sta usando le sue risorse per affrontare la mancanza di ventilatori, dispositivi di protezione individuale e tamponi rinofaringei. Nel caso di quest’ultimo, l’azienda ha lavorato con il laboratorio di microbiologia di Harvard nel contesto di un gruppo più ampio che collega il mondo accademico con l’industria manifatturiera.

Gli ingegneri di EnvisionTEC hanno messo a punto una serie di disegni di tamponi nasali stampati in 3D, che sono stati stampati dal laboratorio odontotecnico Nilson Laboratories per i test. Secondo EnvisionTEC, il laboratorio è stato in grado di stampare 400 tamponi utilizzando una stampante 3D cDLM Envision One e materiale E-Guide approvato Classe 1 in sole due ore.

Design del tampone nasale EnvisionTEC 3D

Il processo di test per i tamponi nasali stampati in 3D consiste di diverse fasi, incluso un test di assorbimento in due parti; una procedura di test biologici/chimici che assicurerà che il tampone non interferisca con le particelle di RNA o PCA/reagenti; e un processo di test della raccolta dei campioni. I requisiti chiave per il tampone nasale sono che può piegarsi di 180 gradi senza rompersi, essere fatto da un materiale chimicamente sicuro e può raccogliere abbastanza particelle virali per test efficaci.

Il materiale E-Guide di EnvisionTEC ha già superato alcuni dei test e l’azienda è in attesa di risultati dai test IRB. “Ai sensi delle normative FDA, un gruppo IRB che è stato formalmente designato per rivedere e monitorare la ricerca biomedica che coinvolge soggetti umani ha l’autorità per determinare che la guida elettronica è adatta alla produzione in serie dei tamponi NP per i test COVID-19”, ha specificato la società.

Al termine del test, EnvisionTEC, insieme alla sua rete di partner, avrà la capacità di stampare in 3D centinaia di migliaia di tamponi nasali al giorno.

Test, test, test

Naturalmente, i tamponi sono solo una parte del test COVID-19 e anche altri elementi cruciali del processo di test devono essere ridimensionati. Il test diagnostico più comune attualmente utilizzato per rilevare il coronavirus nei campioni di muco è la PCR, un test di reazione a catena della polimerasi in grado di rilevare l’acido nucleico da SARS-CoV-2 nei campioni respiratori.

Man mano che i laboratori di tutto il mondo aumentano i test della PCR, la necessità di alcuni materiali di consumo sta crescendo e in molti casi non viene soddisfatta. I tamponi nasali sono una parte fondamentale, ma lo sono anche i reagenti chimici necessari nel processo di PCR. La mancanza di fornitura di reagenti sta ora iniziando a causare ritardi nell’elaborazione e nella diagnosi dei test. Per fortuna, i produttori di reagenti stanno facendo del loro meglio per rispondere alla crescente e urgente domanda, mentre altri processi di test vengono esplorati e sottoposti a validazione.

Scopri come altre aziende di stampa 3D stanno contribuendo a supportare la lotta contro COVID-19 e consulta il nostro forum dedicato per ulteriori risorse sulla stampa 3D e sul coronavirus.

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