Tecnologie di stampa 3D e applicazioni biomediche in ortopedia

Prof. Davide Donati. 

Intervista per “Tabloid di Ortopedia”

Tecnologie di stampa 3D e applicazioni biomediche in ortopedia

1) Quali applicazioni biomediche della stampa 3D sono già implementate in ambito ortopedico-traumatologico?

Ad oggi, molto dell’applicazione riguarda la stampa di modelli tridimensionali che rappresentano la patologia ossea, sia essa frattura o altro tipo di deformazione. In altre parole, a partire dalle immagini TAC, si ottiene una sorta di “statua” della parte ossea fratturata o danneggiata in modo tale che da una parte sia più facile pianificare l’intervento chirurgico, e dall’altra spiegare a studenti, o allo stesso paziente, quello che deve essere fatto. Esistono altre due tipologie di utilizzo della stampa 3D; primo la costruzione di parti ossee artificiali fatte su misura per la ricostruzione chirurgica dello scheletro che potremmo definire protesica 3D, e la realizzazione di piccole parti di tessuto (osseo, osteocartilagineo) formate in laboratorio per sostituzioni mirate a piccoli difetti definita Bio-printing.

2) In quali aree della chirurgia ortopedica e per quali condizioni patologiche le tecnologie di stampa 3D hanno maggiori prospettive di sviluppo e di applicazione?

La stampa 3D potenzialmente può essere utilizzata per numerose malattie che richiedono la sostituzione dell’osso quali fratture con perdita di sostanza ossea, infezione, riassorbimenti ossei dovuti a fallimento di precedenti protesi, perdite si sostanza dopo l’asportazione di tumori.

3) Quali sono le esperienze finora realizzate a livello sperimentale e a livello clinico nel settore della chirurgia protesica? Con quali risultati valutabili al momento attuale?

La letteratura internazionale riporta ad oggi, una decina di casi di protesi fatte su misura con tecnica 3D in particolari condizioni, prevalentemente, dopo mobilizzazione protesica acetabolare. Sono ancora casi aneddotici con tempo di controllo molto limitato. Sono comunicazioni che indicano quanto sia semplice ed efficace la risoluzione di problemi complessi utilizzando questa tecnica. Non esistono vere e proprie casistiche ne lavori sperimentali in serie su animali.

Noi come altri centri al mondo, abbiamo iniziato ad utilizzare questa tecnologia in casi selezionati prevalentemente nell’ambito della ricostruzione tumorale. In questo campo esistono condizioni molto personalizzate in cui la protesica convenzionale non dà buone risposte.

4) Per quali prerogative i dispositivi protesici 3D rappresentano fin d’ora o potrebbero rappresentare in futuro un avanzamento rispetto agli impianti convenzionali?

Oggi la protesica convenzionale riporta una percentuale variabile (2-5%) di casi per i quali le caratteristiche del paziente richiederebbero un trattamento personalizzato (alterazioni particolari di asse meccanico, giovane età). Inoltre, nell’ambito delle sostituzioni ossee c’è in molti settori l’esigenza di sorpassare l’uso dell’osso di banca.

5) Sulla base della sua esperienza personale, in che modo le opportunità offerte dalle tecnologie di stampa 3D possono cambiare, in generale, l’approccio clinico al paziente ortopedico?

Questa metodica permette di implementare una medicina personalizzata, quindi più adeguata alle condizioni anatomiche reali. Con il 3D noi possiamo asportare il tessuto ammalato in modo preciso (attraverso guide di taglio fatte su misura) e sostituirlo altrettanto precisamente. Ciò permette il rispetto dell’anatomia osteoarticolare che a sua volta si risolve in una migliore ripresa funzionale ed in generale una migliore durata nel tempo dell’impianto.

6) Quali vantaggi o eventualmente quali complessità comporta dal punto di vista della tecnica chirurgica il ricorso ai dispositivi 3D, sia come modelli anatomici per la pianificazione degli interventi sia come impianti protesici?

La forza del 3D è proprio nel permettere una semplificazione della tecnica chirurgica. Primo perché, come detto, con i modelli si può già realizzare la stampa della rappresentazione virtuale della malattia e della sua correzione. Secondo perché ogni passaggio chirurgico è pianificato evitando, per quanto possibile, la presa di decisioni estemporanee durante l’intervento. La complessità è dovuta al rapporto fra medico ed ingegnere che devono interagire per utilizzare bene entrambi gli strumenti messi a disposizione della tecnica.

7) Quali sono al momento gli aspetti ancora critici della tecnologia 3D destinata alle applicazioni cliniche in ambito ortopedico?

La tecnologia della stampa si muove con agilità, ad oggi non è il supporto tecnico che manca. Ciò che dobbiamo implementare è l’aspetto concettuale, la progettazione, il rispetto dell’accoppiamento dei materiali, lo studio delle forme tridimensionali, le modalità di fissaggio dei manufatti all’osso.

8) Con le tecnologie bio-printing la stampa 3D potrebbe diventare la nuova frontiera della medicina rigenerativa, e con l’acquisizione di una piattaforma dedicata l’Istituto Rizzoli ne sta sperimentando in via diretta le possibilità: a che punto è, in generale, lo sviluppo di questo settore?

Il bio-printing concettualmente si muove nel solco della ingegneria tessutale. L’idea è quella di costruire in laboratorio un tessuto che viene inserito al posto del tessuto danneggiato. Questo tessuto deve essere immediatamente funzionante dal giorno successivo all’impianto, sia da un punto di vista meccanico che biologico. Questo approccio terapeutico ha ancora numerosi aspetti che devono essere studiati e risolti per poter diventare una realtà clinica di cui i principali sono la capacità meccanica del tessuto impiantato e la sopravvivenza delle cellule nel sito implantare. Tuttavia un Istituto come il Rizzoli ha il compito di portare avanti la ricerca in questo settore per far si che in futuro la qualità dei nostri impianti si ottimale da tutti i punti di vista.

9) Realisticamente, quali applicazioni del bio-printing si possono considerare concretizzabili nel futuro prossimo dell’ortopedia?

In tempi non lunghi questa tecnologia potrebbe trovare applicazione nella sostituzione di piccoli difetti osteocartilaginei, prevalentemente di carattere traumatico nel paziente giovane-giovane adulto. In altre parole, pur considerando le problematiche legate ai regolamenti della medicina rigenerativa, questa tecnica rappresenta la continuazione delle tecniche di trapianto iniziate già 20 anni fa in ambito di ortopedia dello sport. Il vero aspetto limitante, in questo campo di applicazione come in altri ipotizzabili, sarà il rapporto fra il costo e l’efficienza dell’impianto nel tempo. Ad oggi molto di quanto fatto in ambito di ingegneria tessutale si è arenato proprio a partire da questo aspetto, infatti, se dobbiamo spendere due, tre volte tanto per una tecnologia innovativa, il sistema sanitario ci potrà supportare solo se l’efficienza dell’impianto risulta molto superiore a quelli convenzionali.

2019-01-19T13:35:35+01:0019 Dicembre 2018|

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