Organi umani stampati in 3D
Chirurgia Generale Ospedale Sacra Famiglia Fatebenefratelli Erba
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La stampa 3D è sicuramente una delle innovazioni destinate a segnare un’epoca, e forse fra qualche decennio ricorderemo questi anni come l’era pionieristica di questa tecnica di produzione. Si tratta di una delle tecnologie più promettenti e rivoluzionarie, con applicazioni in svariati campi, non ultimo quello della salute. Perciò è bene porsi alcune domande: le stampanti 3D quale aiuto possono dare alla medicina, alla nostra salute e al miglioramento dei trattamenti sanitari?
Un valido esempio di eccellenza e innovazione arriva dal reparto di Chirurgia Generale dell’Ospedale Sacra Famiglia Fatebenefratelli di Erba (LC), dove grazie all’impiego di una stampante 3D Sharebot è stato possibile riprodurre organi e strutture anatomiche reali per eseguire simulazioni di interventi chirurgici o di alcuni passaggi chirurgici fondamentali, come quello di colecistectomia videolaparoscopica.
La fase di sperimentazione in collaborazione con Sharebot ha portato alla realizzazione di un modello che rappresentava una sezione di fegato e la relativa colecisti (cistifellea) utilizzando un particolare materiale di stampa (LAY-FOMM) disponibile in bobine di filamento. Quest’ultimo dopo aver trascorso un periodo in acqua, grazie alla sua composizione porosa bi-materiale (una parte gommosa e una solubile a base PVA), si è rivelato particolarmente simile ai tessuti organici permettendo inoltre la tenuta dei punti di sutura comparabile a quella dei tessuti in vivo. La consistenza e la capacità di tensione unite all’umidità residua mantenuta dopo l’immersione in acqua sono risultate paragonabili alle relative controparti organiche.
Training chirurgico per simulazioni ad alta fedeltà
Queste realizzazioni hanno permesso al team chirurgico dell’ospedale di simulare un intervento di colecistectomia videolaparoscopica direttamente sui modelli stampati. In pratica si tratta di effettuare l’asportazione della colecisti senza causare danni al tessuto del fegato sottostante. Questa operazione, effettuata all’interno di un Pelvic Trainer (simulatore laparoscopico) permette ai chirurghi di apprendere la corretta tecnica e sperimentare nuove tecniche di asportazione non invasiva. Grazie alla possibilità di simulare ad alta fedeltà interventi o passaggi chirurgici essenziali su modelli anatomici stampati in 3D si compie un grande passo di innovazione tecnologica e medica essenziale per aumentare le chance dei pazienti che dovranno sottoporsi ad un intervento simile nella vita reale.
Alcune considerazioni e immagini dal team chirurgico dell’ospedale
La particolarità del modello sviluppato poi da noi è quella di prevedere anche due diversi infill tra fegato e colecisti con la possibilità di rendere la colecisti vuota (infill 0%) per riempirla con liquido colorato per simularne anche il contenuto biliare. Il fegato, grazie alle sue capacità elastiche, viene utilizzato anche come supporto per ottimizzare le capacità tecniche delle suture laparoscopiche e delle suture tradizionali.
Fegato e colecisti in modello unico sono uniti in parte in maniera diretta, in parte mediante supporti. Sfruttando il Raft ed i Supporti abbiamo poi elaborato un modello unicamente della colecisti in cui raft e supporto, mimando il letto epatico, permettono di simulare il piano di sezione col fegato. Tale modello è composto unicamente della colecisti e permette un importante risparmio di filamento risultando inoltre più rapido da stampare.
In quest’ultimo abbiamo sviluppato una riduzione dello spazio tra supporto e colecisti al fine di rendere la sezione tra gli stessi maggiormente complessa e realistica. Come miglioramento nel posizionamento all’interno del pelvic trainer (simulatore laparoscopico) abbiamo realizzato una base anatomica con un fegato realizzato con materiale PLA su cui abbiamo applicato una spugna morbida (che mima la delicatezza del fegato in vivo) su cui è stata inserita una componente in sughero che serve per rendere facilmente inseribili e intercambiabili i modelli di colecisti in 3D realizzati con LAY-FOMM. Questo modello rigido permette il ricambio dei modelli di colecisti in LAY-FOMM maggiormente semplice e rapido.
Infine abbiamo realizzato un modello cilindrico ellissoidale con una apertura verticale che permette di simulare le suture intestinali e le anastomosi intestinali. Tale modello risulta economico e rapido da stampare.
Le possibilità future sono sicuramente molteplici e notevolmente vaste. Sicuramente vorremmo incrementare il numero di modelli su organi differenti ai fini di promuovere una simulazione ad alta fedeltà di diversi interventi o passaggi chirurgici essenziali. A tal fine ci piacerebbe imparare a impostare una stampa 3D da file DICOM anche per poter stampare, oltre ai casi standard, anche dei casi clinici particolarmente complessi o particolari che a volte si incontrano nella pratica clinica. In generale la stampa 3D con LAY-FOMM ci interessa per promuovere una formazione innovativa, tecnologica e soprattutto pratica delle nuove leve chirurgiche mediante simulazioni sempre più avanzate e ad alta fedeltà.
La stampante utilizzata dal Team dell’Ospedale Fatebenefratelli è la Sharebot 43 (oggi sostituita da Sharebot Creator 3 Pro), stampante 3D professionale dotata di doppio estrusore indipendente che permette di stampare supporti solubili per le geometrie più complesse e soprattutto di effettuare stampe con sistema Mirror e Duplicate. Il piano di stampa flessibile raggiunge i 120°C, mentre gli estrusori di 43 raggiungono una temperatura massima di 300°C, che consente di stampare anche materiali tecnici e professionali che soddisfano le più svariate condizioni fisiche, chimiche e meccaniche come temperature elevate o minime, oli e benzine, urti e sfregamento.
La collaborazione di Sharebot e il reparto di Chirurgia Generale dell’Ospedale Fatebenefratelli di Erba ha permesso di rimarcare l’importanza dell’adozione della stampa 3D nel settore dell’innovazione, aprendo le porte a nuovi tipi di simulazioni e training chirurgico ad alta fedeltà. Questa applicazione è solo uno dei possibili scenari che questa tecnologia permette di esplorare. Sia che si tratti di riproduzioni di organi per fasi sperimentali o protesi impiantabili nei pazienti, la stampa 3D si sta già inserendo come strumento chiave nella branca dell’innovazione della medicina.
Sharebot è una società giovane e innovativa, con ben 4 tecnologie differenti di stampa 3D di cui l’ultima è la stampante a metallo, con un R&D sempre aggiornato e operativo sulle novità che queste moderne tecnologie possono offrire. Vanta oltre 3.500 stampanti in tutto il mondo di cui 160 nelle Università. Si classifica tra primi posti in Europa e l’unica sempre nel continente con 4 tecnologie di stampa 3D: filamento, resina, polveri termoplastiche e metalliche.
