La stampa 3D di strutture per l’impianto nel corpo umano con polimeri bioriassorbibili è da considerare un tipo di bioprinting? In un certo senso, lo è e può portare vantaggi sanitari significativi prima di quanto non potranno fare le parti stampate utilizzando celle reali. Sulla falsariga di: “perché cambiarlo se puoi aggiustarlo?” Questo è ciò che ha fatto un team di ricerca dell’ETH di Zurigo, utilizzando la stampa 3D DLP per produrre un nuovo tipo di stent per le vie aeree bioriassorbibili che potrebbe semplificare notevolmente il trattamento futuro dell’ostruzione delle vie aeree superiori.
Il restringimento della trachea o dei bronchi principali a causa di lesioni o malattie può finire molto male. Se i pazienti ricevono troppo poco ossigeno, rischiano di soffocare e spesso hanno bisogno di assistenza medica il più rapidamente possibile. I chirurghi inseriscono stent in silicone o metallo utilizzabili dal punto di vista medico come metodo di trattamento di questi pazienti. Sebbene portino rapidamente sollievo, gli impianti hanno anche degli svantaggi: gli stent in metallo devono essere rimossi chirurgicamente con un certo sforzo, il che è un peso per i pazienti, mentre gli stent in silicone spesso migrano lontano dal sito di inserimento. La ragione di ciò è che gli impianti non sono adattati all’anatomia del paziente.
Un team di ricerca dell’ETH di Zurigo, composto da membri dei gruppi Materiali complessi e formulazione e somministrazione di farmaci, ha ora sviluppato uno stent per le vie aeree insieme ai ricercatori dell’Ospedale universitario e Università di Zurigo; è su misura per i pazienti e bioriassorbibile, (cioè, si dissolve gradualmente dopo l’impianto). Questi stent sono fabbricati utilizzando un processo di stampa 3D noto come DLP (Digital Light Processing) e resine fotosensibili appositamente adattate a questo scopo.
Innanzitutto, i ricercatori creano un’immagine di tomografia computerizzata di una sezione specifica delle vie aeree. Sulla base di ciò, sviluppano un modello 3D digitale dello stent. I dati vengono quindi trasferiti alla stampante DLP, che produce lo stent personalizzato strato per strato.
Resina speciale
In passato, uno stent per vie aeree bioriassorbibile è stato prodotto e impiantato con successo negli esseri umani utilizzando la tecnologia di stampa 3D SLS e il potere del policaprolattone. La tecnologia DLP che utilizza materiali biodegradabili, tuttavia, di solito produce oggetti rigidi e fragili. I ricercatori ETH hanno sviluppato una resina speciale che diventa elastica dopo l’esposizione alla luce. Questa resina si basa su due diversi macromonomeri.
Le proprietà del materiale dell’oggetto prodotto con esso possono essere controllate dalla lunghezza (peso molecolare) dei macromonomeri utilizzati e dal loro rapporto di miscelazione, come mostrano i ricercatori nel loro ultimo studio su Science Advances. Poiché la resina appena sviluppata è troppo viscosa a temperatura ambiente, i ricercatori hanno dovuto lavorarla a temperature comprese tra 70 e 90 gradi Celsius.
I ricercatori hanno prodotto diverse resine con diversi monomeri e hanno testato i prototipi che ne hanno ricavato per vedere se il materiale è compatibile con le cellule e biodegradabile. Hanno anche testato i prototipi per l’elasticità e per lo stress meccanico come compressione e tensione. Infine, gli scienziati hanno utilizzato il materiale con le proprietà desiderate per realizzare stent, che sono stati testati sui conigli.
L’inserimento degli stent richiedeva anche uno strumento speciale, poiché gli oggetti stampati in 3D devono essere consegnati piegati. Gli impianti non possono essere piegati o schiacciati nella direzione sbagliata e devono dispiegarsi perfettamente nel loro sito di distribuzione.
I ricercatori hanno incluso l’oro nella struttura dello stent per facilitare l’uso dell’imaging medico per tracciare la sua posizione durante l’inserimento. Ciò rende lo stent più robusto ma non ne modifica la tollerabilità.
Buone prospettive
I test sui conigli condotti dal gruppo di ricerca di Daniel Franzen, medico senior presso il dipartimento di pneumologia dell’Ospedale universitario di Zurigo e della facoltà di Vetsuisse hanno avuto successo. I ricercatori sono stati in grado di dimostrare che gli impianti sono biocompatibili e che vengono assorbiti dall’organismo dopo sei-sette settimane. Dieci settimane dopo l’impianto, lo stent non era più visibile sulle immagini radiografiche. Inoltre, gli stent inseriti generalmente non si sono spostati dal loro sito di inserimento.
“Questo sviluppo promettente apre prospettive per la produzione rapida di impianti e dispositivi medici personalizzati che devono essere molto precisi, elastici e degradabili nel corpo”, ha affermato Jean-Christophe Leroux, professore di formulazione e somministrazione di farmaci presso l’ETH di Zurigo. Ulteriori ricerche si concentreranno sul rendere l’inserimento degli stent il più delicato possibile.
Inoltre, i processi devono essere progettati in modo tale che la produzione sia possibile nel punto di utilizzo, o almeno implicherebbe filiere corte. Il processo è ancora su scala di laboratorio. “Tuttavia, la produzione di tali stent su larga scala è un’impresa complessa che dobbiamo ancora studiare meglio”, afferma André Studart, capo del Complex Materials Group dell’ETH. Tuttavia, afferma che la tecnica può essere trasferita in modo relativamente semplice ad applicazioni mediche simili. “Si spera che sia solo una questione di tempo prima che la nostra soluzione trovi la sua strada nella clinica”, ha concluso il professore.
