All’Università del Missouri dei ricercatori stampano in 3D un modello artificiale di cervello umano

I ricercatori del College of Engineering dell’Università del Missouri sono riusciti a stampare in 3D un fantoccio cerebrale artificiale, un risultato che potrebbe ridefinire il modo in cui gli scienziati studiano le patologie neurologiche, formano i professionisti sanitari e sviluppano strumenti terapeutici personalizzati.

Il modello ha attualmente dimensioni pari al 15% di un cervello umano reale, ma il team prevede di realizzare una versione a grandezza naturale entro il prossimo anno. Ciò che distingue questo modello cerebrale stampato in 3D è la capacità di riprodurre non solo l’aspetto, ma anche la consistenza meccanica e il comportamento elettromagnetico del tessuto cerebrale reale.

Cos’è un fantoccio cerebrale?

In ambito scientifico, un “phantom” (fantoccio) è un campione o un modello progettato per replicare le proprietà dei materiali e le caratteristiche di imaging di un tessuto biologico reale. Questo fantoccio cerebrale consente ai ricercatori di analizzare come il cervello reagisce alle forze meccaniche e alle onde elettromagnetiche, fornendo dati che vanno oltre quello che le simulazioni computerizzate sono in grado di offrire.

Un nuovo approccio: la stampa 3D incorporata

La maggior parte dei modelli di tessuti molli viene prodotta con metodi che generano una struttura interna uniforme, incapace di riprodurre la natura eterogenea del tessuto cerebrale reale. Per superare questo limite, il team dell’Università del Missouri ha adottato una tecnica chiamata stampa 3D incorporata (embedded 3D printing).

Anziché stampare all’aria aperta, il modello viene realizzato all’interno di un bagno di supporto gelatinoso. Questo mezzo di supporto conferisce alla stampa la stabilità strutturale necessaria per replicare la rigidità variabile del cervello nelle diverse regioni, così come le sue pieghe e solchi.

Un inchiostro personalizzato che imita il tessuto cerebrale

L’innovazione centrale di questa ricerca è lo sviluppo di un inchiostro personalizzato: un polimero comune modificato che i ricercatori possono calibrare per replicare le proprietà meccaniche, termiche e dielettriche del tessuto cerebrale.

Regolando la composizione chimica dell’inchiostro, il team può stampare regioni che si comportano come materia grigia o materia bianca:

• La materia grigia si trova nel cervello e nel midollo spinale. Supporta il pensiero, il movimento e la memoria, e svolge un ruolo fondamentale nell’elaborazione delle informazioni, nel controllo delle azioni e nella gestione delle emozioni.
• La materia bianca conduce, elabora e trasmette i segnali nervosi lungo il midollo spinale e interpreta le informazioni sensoriali provenienti dal corpo.

Christopher O’Bryan, professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale e coautore dello studio, ha spiegato: “I tessuti umani sono incredibilmente eterogenei, composti da materiali diversi con proprietà differenti. Il nostro approccio di stampa 3D ci permette di catturare questa complessità in un modo che prima non era possibile.”

Applicazioni: dalla formazione medica alla ricerca neurologica

Il fantoccio cerebrale stampato in 3D presenta un ampio ventaglio di potenziali applicazioni, sia in campo medico sia nella ricerca. Tra queste troviamo:

• Formazione medica: medici e studenti possono esercitarsi su modelli cerebrali stampati in 3D realistici, consentendo una pratica sicura e ripetibile prima di intervenire sui pazienti.
• Pianificazione terapeutica personalizzata: modelli cerebrali su misura, generati a partire da scansioni MRI o TC individuali, potrebbero aiutare i medici a pianificare e adattare le strategie di trattamento.
• Test di dispositivi medici: i modelli possono essere utilizzati per studiare l’interazione di impianti o dispositivi elettronici di uso quotidiano con il tessuto cerebrale.
• Ricerca sulle malattie neurologiche: i phantom potrebbero aiutare gli scienziati a studiare la progressione di patologie come l’Alzheimer, gli aneurismi cerebrali e le lesioni cerebrali traumatiche.

Mujtaba Rafique Ghoto, dottorando e ricercatore principale dello studio, ha sottolineato la portata più ampia del progetto: “L’obiettivo è fornire alla comunità medica e scientifica uno strumento al contempo realistico e personalizzabile. Le possibilità per migliorare la salute e la sicurezza sono enormi.”

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*Crediti di tutte le foto: Abbie Lankitus