Il progetto FingerKit stampa articolazioni personalizzate

In futuro, il progetto FingerKit, sviluppato dal Fraunhofer Research Institution for Additive Manufacturing Technologies (IAPT), dal Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems (IKTS), dal Fraunhofer Institute for Toxicology and Experimental Medicine (ITEM), dal Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM, e il Fraunhofer Institute for Digital Medicine (MEVIS), potrebbero aiutare a ripristinare la mobilità delle dita con articolazioni danneggiate o rovinate, spesso causate da un incidente sportivo o dall’artrite reumatoide, per esempio.

Al momento, se un’articolazione del dito perde la sua funzione a causa di un incidente o di un infortunio, i metodi di trattamento sono limitati. Nella maggior parte dei casi, l’articolazione è danneggiata, e ciò si traduce in gravi limitazioni nella vita quotidiana del paziente. Se si deve utilizzare un impianto, ci sono attualmente due opzioni sul mercato: protesi al silicone, che spesso si allentano rapidamente e devono essere riattaccate in un’altra procedura, o impianti standard di base, che sono disponibili solo in determinate dimensioni e non consentono movimento completo. Per garantire la migliore assistenza possibile al paziente, è necessario un impianto personalizzato.

Grazie ai cinque istituti Fraunhofer all’interno del progetto FingerKIt, questo potrebbe ora essere possibile, con lo sviluppo di una catena di processo automatizzata che consentirà di produrre impianti articolari personalizzati a partire da materiali metallici o ceramici in modo rapido, sicuro e certificato. Gli scienziati del Fraunhofer MEVIS hanno iniziato sviluppando un software basato sull’intelligenza artificiale che può trasformare le immagini a raggi X bidimensionali in modelli tridimensionali delle ossa delle dita e correggere qualsiasi posizione errata delle dita. I ricercatori del Fraunhofer IAPT utilizzano quindi l’intelligenza artificiale per ricavare il design dell’impianto individuale dal modello del dito e inviarlo per la stampa 3D, utilizzando la tecnologia del binder jetting metallico, dopodiché gli impianti vengono sinterizzati.

Grazie all’esperienza di Fraunhofer IKTS, è possibile utilizzare anche materiali ceramici, che vengono lavorati mediante colata in barbottina, un processo di colata in stampo in gesso. Fraunhofer ITEM si occupa delle questioni riguardanti la compatibilità biologica e la certificazione degli impianti, mentre Fraunhofer IWM è responsabile della simulazione dei carichi meccanici.

“Il calcolo basato sull’intelligenza artificiale di un progetto di impianto tridimensionale da modelli 2D come le immagini a raggi X è completamente nuovo ed è ora in attesa di brevetto”, ha affermato il dott. Arthur Seibel, capo del gruppo Part Design presso Fraunhofer IAPT.

“Anche l’ingegneria del processo è speciale. Poiché la struttura dello stelo dell’impianto è molto delicata, abbiamo scelto di utilizzare il metodo di stampa 3D a binder jetting metallico per il titanio. Questo metodo consente una produzione estremamente precisa degli impianti piccoli e complessi e ci consente anche di strutturare la superficie del gambo in modo tale che cresca nell’osso in modo più efficace. Inoltre, questo riduce al minimo il lavoro di finitura richiesto per le superfici dei giunti, che devono essere il più lisce e prive di attrito possibile”, ha aggiunto il dott. Philipp Imgrund, capo del dipartimento di qualificazione dei processi AM presso Fraunhofer IAPT.

I risultati del progetto FingerKIt di Fraunhofer sono promettenti per tutti i pazienti che in passato non sono stati in grado di trovare l’aiuto di cui avevano bisogno. Le innovazioni Fraunhofer significano che, in futuro, sarà possibile fornire un trattamento efficace anche per casi complicati come dita gravemente piegate, parti ossee mancanti o articolazioni molto piccole. Inoltre, grazie alla creazione automatizzata del modello e alla stampa 3D, il processo di produzione personalizzato consente anche di risparmiare tempo, fino al 60% di quello normalmente richiesto. Poiché il design dell’impianto è modellato sull’articolazione originale, il livello di mobilità raggiunto è molto maggiore rispetto alle soluzioni attualmente disponibili.

“FingerKIt potrebbe cambiare completamente il trattamento dell’artrite reumatoide, per esempio. Gli impianti personalizzati potrebbero diventare lo standard”, ha affermato il Dr. Philipp Imgrund.

Secondo la Società tedesca di reumatologia, circa il due percento della popolazione adulta in Germania soffre di malattie reumatiche infiammatorie. Gli impianti di nuova concezione saranno anche in grado di aiutare i pazienti che hanno subito lesioni. Rispetto agli impianti del piede o della caviglia, ad esempio, il mercato della rimobilizzazione delle articolazioni delle dita è ancora notevolmente sottosviluppato. Secondo Fraunhofer, gli esperti prevedono che il potenziale totale raggiungerà i 5,8 milioni di euro entro il 2026.

Lo sviluppo tecnologico all’interno del progetto FingerKIt ha ora raggiunto una fase in cui il prodotto potrebbe essere pronto per il mercato in collaborazione con un partner del settore dell’ingegneria medica: la creazione del design basato sull’intelligenza artificiale e il processo di produzione funzionano e gli impianti esibibili sono già stato prodotto. Il passo successivo è quello di ottenere l’approvazione necessaria. “Attualmente stiamo cercando partner aziendali che dispongano delle competenze necessarie per aiutarci a portare sul mercato i nostri dispositivi medici creati dall’intelligenza artificiale”, ha affermato il dott. Philipp Imgrund.