Stampa 3D volumetrica: la svolta che la rende compatibile con le cellule viventi

Un team del Politecnico Federale di Losanna (EPFL) ha appena pubblicato il terzo miglioramento di una tecnica di stampa 3D volumetrica avviata nel 2017. L’ultima versione è 70 volte più efficiente delle precedenti e, per la prima volta, consente di stampare strutture contenenti cellule viventi.

Il risultato del nuovo studio è un orecchio umano a grandezza reale stampato in idrogel a base di gelatina. L’orecchio conteneva cellule umane integrate che, sei giorni dopo la stampa, erano ancora vive e avevano iniziato a organizzarsi in reti.

Cos’è il TVAM?

La tecnica in questione si chiama Tomographic Volumetric Additive Manufacturing (TVAM). Anziché costruire gli oggetti strato dopo strato come fa una stampante 3D convenzionale, il TVAM consiste nel proiettare un fascio di luce laser da diverse angolazioni su un contenitore rotante riempito di resina fotosensibile. Nei punti in cui l’energia accumulata supera una determinata soglia, la resina si solidifica in pochi secondi.

La tecnica è in fase di sviluppo all’EPFL dal 2017, quando un primo team ne pose le basi. Qualche anno dopo, il gruppo del professor Christophe Moser presso il LAPD ne ha raccolto il testimone. Da allora sono state pubblicate tre evoluzioni del processo.

• 2022: il processo TVAM classico funzionava esclusivamente con resine trasparenti, capaci di lasciar passare la luce senza deviazioni. Quelle impiegate in biomedicina, però, sono opache: al loro interno la luce si disperde prima di raggiungere il punto desiderato. La soluzione è arrivata da una telecamera in grado di tracciare la traiettoria reale del fascio luminoso e applicare correzioni computazionali in tempo reale, raggiungendo una precisione quasi pari a quella ottenibile con resine trasparenti.

• 2025: a quel punto il processo era già rapido e preciso, ma solo l’1% della luce proiettata raggiungeva effettivamente la resina, rendendo necessaria una grande quantità di energia per ottenere buoni risultati. Per ovviare al problema, i ricercatori hanno scelto di proiettare un ologramma direttamente nel contenitore rotante. Il risultato? Una riduzione di 25 volte della potenza ottica necessaria a stampare gli stessi oggetti, con una risoluzione persino superiore.

• 2026: la versione olografica del 2025 si affidava ancora a un hardware che modulava l’ampiezza della luce, anziché la sua fase. Nel nuovo studio, il team ha introdotto per la prima volta un dispositivo capace di controllare direttamente la fase del fascio luminoso, moltiplicando l’efficienza per 70. Grazie a un laser a diodo da 150 mW, decisamente più contenuto rispetto a quelli usati in passato, i ricercatori hanno confermato la vitalità delle cellule al termine della stampa.

Perché la fonte di energia fa la differenza?

Può sembrare un dettaglio puramente tecnico, ma non lo è. Le cellule viventi sono sensibili alla luce e una loro sovraesposizione durante il processo di stampa le danneggerebbe in modo irreversibile. Riducendo di 70 volte l’energia necessaria, il team è riuscito a rendere il processo compatibile con cellule viventi reali.

L’orecchio stampato rappresenta solo il primo passo. Il team continua a lavorare per migliorare la fedeltà di proiezione, sperimentare bioresine a maggiore densità cellulare e perfezionare i metodi di stampa su oggetti preesistenti. Per approfondire l’ultimo traguardo raggiunto dal team dell’EPFL, cliccate QUI.

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*Crediti foto di copertina:Adrien Buttier/EPFL