L’applicazione del mese: un nuovo materiale di stampa 3D per creare innesti ossei

Con il progredire della ricerca sui materiali per la stampa 3D, stanno emergendo sempre più progetti innovativi in una moltitudine di settori. Questa volta segnaliamo un’applicazione in campo medicale legata alla produzione additiva e realizzata dai ricercatori dell’Università di Waterloo. Il team ha creato un materiale innovativo che imita le proprietà del tessuto osseo e promette di rivoluzionare il trattamento dei pazienti sottoposti a chirurgia ricostruttiva e riparazione ossea. Il nuovo materiale, un biomateriale nanocomposito, può essere utilizzato nelle stampanti 3D a resina per produrre innesti ossei personalizzati in base alle esigenze di ciascun paziente.

Attualmente, le grandi ricostruzioni chirurgiche si basano su impianti metallici e su osso donato. Tuttavia, spesso questi non si adattano perfettamente all’anatomia del paziente e possono essere rigettati dall’organismo del ricevente. Per questo motivo molti centri medici e ospedali si stanno rivolgendo alla stampa 3D. La capacità dei materiali di stampa 3D offre un’alternativa che potrebbe ridurre la necessità di impianti metallici, diminuire il rischio di infezioni e migliorare l’accettazione dell’innesto da parte dell’organismo del paziente.

La dottoressa Maud Gorbet osserva gli osteoclasti (cellule che consumano e riassorbono l’osso) in un materiale nanocomposito stampato in 3D.

Innesti ossei migliorati grazie alla stampa 3D

Il materiale sviluppato dai ricercatori presenta nanoparticelle che imitano la composizione minerale dell’osso, rinforzando il biopolimero. L’obiettivo finale è che le cellule ossee del paziente si sviluppino e sostituiscano il nanocomposito con osso “nuovo”, consentendo al materiale di essere eliminato naturalmente dall’organismo. Elizabeth Diederichs, PhD presso la Waterloo, spiega: “Il nostro lavoro si concentra attualmente sul miglioramento della resistenza funzionale del nostro biomateriale nanocomposito, come impianto e sulla sua capacità di essere sostituito da osso vivente nel tempo. L’obiettivo è che questo materiale riduca la necessità per i pazienti di sottoporsi a operazioni ripetute dopo un intervento di ricostruzione ossea”.

Per ottenere questo risultato, i ricercatori hanno utilizzato la stampante 3D a resina Sonic XL 4K del produttore Phrozen. Basata sulla tecnologia mSLA (Masked Stereolithography Apparatus), questa macchina ha creato modelli medici con uno spessore di strato di 50 μm. Una volta completato il processo di fabbricazione, le parti in biopolimero sono state risciacquate con etanolo e trattate in una stazione di polimerizzazione UV. Per quanto riguarda la tecnica utilizzata, i ricercatori hanno provato a utilizzare la stampa per estrusione, ma non hanno ottenuto i risultati sperati. Sostengono che, rispetto ad altri processi produttivi, la tecnologia mSLA è molto più veloce e produce pezzi con molti meno difetti e una maggiore fedeltà.

Il team di ricerca, da sinistra a destra: Dr Dibakar Mondal, Elizabeth Diederichs, Dr Maud Gorbet e Dr Thomas Willett.

I primi test di compatibilità con le cellule ossee sono stati condotti con successo in collaborazione con la dottoressa Maud Gorbet, professore di ingegneria e direttore del programma di ingegneria biomedica a Waterloo. “Qualsiasi materiale impiantato nel corpo suscita una reazione”, spiega Maud Gorbet. “I nostri test dimostrano che la risposta biologica delle cellule ossee al nostro biomateriale nanocomposito supera quella dei metodi tradizionali. Esse aderiscono, proliferano e mantengono il loro comportamento, il che è molto interessante”.

Un futuro promettente

Questa scoperta fa parte dell’iniziativa Health Futures dell’Università di Waterloo, che mira a migliorare la salute e il benessere attraverso i progressi tecnologici, l’assistenza virtuale e le applicazioni dei dati sanitari. Con questo nuovo materiale, i ricercatori continuano a spingersi oltre i confini della tecnologia medica e, in particolare, del potenziale della stampa 3D. Il ricercatore principale, il dottor Thomas Willett, conclude: “Abbiamo creato un materiale solido, stampabile in 3D e compatibile con il potenziale di diventare nuovo tessuto osseo. Con questa tecnologia, possiamo ottenere la geometria specifica del paziente necessaria per ricostruire con maggior successo i difetti ossei”. Il team è ora alla ricerca di finanziamenti per condurre ulteriori studi e ottenere le approvazioni normative necessarie per portare la tecnologia in ambito clinico. Di seguito è riportata una tabella con le informazioni più rilevanti su questa applicazione. Per saperne di più: qui.

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*Crediti per la foto di copertina: Università di Waterloo