“Stampante per ossa” portatile si rivela promettente nei test sugli animali

Una “stampante per ossa” portatile si rivela promettente nei test sugli animali. Il dispositivo ha stampato in 3D innesti ossei nei conigli e ha somministrato antibiotici per prevenire l’infezione. Un dispositivo portatile può applicare innesti ossei sintetici direttamente nel sito di un difetto o di una lesione, senza la necessità di imaging o fabbricazione preventiva. I ricercatori hanno dimostrato la tecnologia modificando una pistola per colla a caldo per stampare in 3D il materiale direttamente sulle fratture ossee dei conigli. Invece di usare una normale colla stick, hanno utilizzato un “bioinchiostro” appositamente realizzato, come riportato dal team il 5 settembre su Device.

Una stampante 3D portatile, realizzata con una pistola per colla modificata, potrebbe un giorno stampare innesti ossei direttamente sulle fratture, corredati di antibiotici per facilitarne la guarigione.

Stampante per ossa: un’innovazione molto interessante

L’idea era quella di progettare un sistema di stampa che potesse essere facilmente equipaggiato e utilizzato in ambito clinico, afferma l’ingegnere biomedico Jung Seung Lee della Sungkyunkwan University di Seul, in Corea del Sud.

“Possiamo risparmiare tempo, costi e procedure complesse [rispetto a quelle] richieste nella fabbricazione di innesti ossei basata sulla stampa 3D convenzionale”, afferma Lee. Di solito, per costruire impianti ossei simili a quelli ossei secondo specifiche precise sono necessarie scansioni e misurazioni delle lesioni , un processo che può richiedere giorni e ritardare gli interventi chirurgici.

Il bioinchiostro è costituito da due composti comunemente utilizzati per gli impianti di stampa 3D : l’idrossiapatite, che supporta i percorsi di formazione ossea e migliora la rigenerazione dei tessuti, e una plastica biocompatibile chiamata policaprolattone, o PCL, che diventa l’impalcatura per la crescita ossea.

I trattamenti sui conigli sono stati molto incoraggianti.

Il PCL e la stampante per ossa

“Il PCL  si degrada gradualmente nel nostro organismo nel corso di mesi”, afferma Lee. “Questo consente la lenta sostituzione dell’innesto con il tessuto osseo appena formato”. Le proporzioni dei due composti possono essere regolate per ottimizzare la resistenza, la rigidità e le proprietà biochimiche del materiale per ogni utilizzo. I ricercatori hanno anche incorporato antibiotici nel bioinchiostro per prevenire le infezioni postoperatorie.

Il bioinchiostro viene semplicemente caricato nel dispositivo di stampa e applicato dove necessario. Poiché le pistole per colla a caldo convenzionali operano a temperature troppo elevate per i tessuti viventi, i ricercatori hanno modificato il loro prototipo per limitarne il calore. Hanno anche regolato la punta per un migliore controllo. Grazie al basso punto di fusione del PCL, il bioinchiostro può essere applicato a circa 60 gradi Celsius, raffreddandosi alla temperatura corporea entro 40 secondi. La direzione, l’angolazione e la profondità del dispositivo possono essere regolate durante la stampa e l’intero processo richiede solo pochi minuti.

Lee e i suoi colleghi hanno testato la pistola per colla e il bioinchiostro su fratture ossee femorali nei conigli. Confrontando i risultati dei conigli sottoposti alla terapia con quelli di un gruppo di controllo trattato con cemento osseo tradizionale, il team ha scoperto che il primo gruppo presentava una migliore guarigione e rigenerazione del tessuto osseo. Gli animali non hanno inoltre mostrato segni di infezione durante le 12 settimane successive all’intervento chirurgico.

La scienza sta compiendo passi da gigante.

Un sistema di stampa multifunzionale

Lee punta a sviluppare questo sistema di stampa multifunzionale, che contenga sostanze aggiuntive come fattori di crescita, antibiotici e altri farmaci, da utilizzare negli interventi chirurgici ortopedici sugli esseri umani. A questo punto, avverte, si tratta ancora di una prova di fattibilità. Sono necessari processi di produzione standardizzati, protocolli di sterilizzazione e ulteriori studi sugli animali prima che la tecnologia possa raggiungere le sale operatorie.

Deborah Mason, biologa molecolare e cellulare presso l’Università di Cardiff, in Galles, non coinvolta nello studio, ritiene che la temperatura elevata rappresenti un limite. “L’elevata temperatura del materiale estruso rischia di stressare o uccidere le cellule”, afferma.

I ricercatori stanno lavorando per modificare la punta del dispositivo in modo che la temperatura del materiale scenda più rapidamente subito dopo l’estrusione.

Lo studio prosegue e continueremo a tenere monitorati i progressi.

La stampante per ossa ha un enorme potenziale

Nieves Cubo-Mateo, ingegnere biomateriale presso l’Università Nebrija di Madrid, afferma che questo dispositivo ha il potenziale per evolversi in una “penna stampante per ossa” per i chirurghi. Ma c’è ancora molta strada da fare prima che ciò accada, afferma.

Ad esempio, la stampante di Lee deve essere compatibile con le tecnologie di imaging e l’assistenza robotica utilizzate durante gli interventi chirurgici. Ciò renderebbe questo dispositivo “non solo un riempitivo di difetti, ma un vero e proprio strumento rigenerativo adattabile a diverse specialità chirurgiche”.