Stent delle vie aeree bioriassorbibili stampati in 3D

Un restringimento patologico o legato a una lesione della trachea o dei bronchi principali può finire male. I pazienti non ricevono aria a sufficienza, rischiano di soffocare e spesso hanno bisogno di aiuto medico il prima possibile.

Per correggere tali restringimenti, i chirurghi inseriscono impianti tubolari, i cosiddetti stent, realizzati in silicone o metallo utilizzabile a livello medico. Sebbene garantiscano ai pazienti un rapido miglioramento, gli impianti presentano degli svantaggi: Gli stent metallici devono essere rimossi chirurgicamente con una certa spesa, il che comporta un nuovo onere per i pazienti. Gli stent in silicone, invece, migrano dal sito di inserimento. Il motivo è che gli impianti non sono personalizzati in base all'anatomia del paziente.

Un gruppo di ricerca dell'ETH composto da membri dei gruppi Complex Materials e Drug Formulation & Delivery, insieme a ricercatori dell'Ospedale universitario di Zurigo e dell'Università di Zurigo, ha sviluppato uno stent per le vie aeree personalizzato per il paziente e bio-riassorbibile, cioè che si degrada gradualmente dopo l'impianto. Questi stent sono prodotti utilizzando un processo di stampa 3D ("Digital Light Processing", DLP) e resine sensibili alla luce appositamente adattate a questo scopo.

Per prima cosa, i ricercatori creano una tomografia computerizzata di una sezione specifica delle vie aeree. Su questa base, sviluppano un modello digitale 3D dello stent. I dati vengono trasmessi alla stampante DLP, che produce lo stent personalizzato strato per strato.

Nel processo DLP, una piattaforma di costruzione viene immersa in una vasca di resina. La piattaforma viene quindi esposta alla luce UV nei punti desiderati in base al modello digitale. Dove la luce colpisce la resina, questa si indurisce. La piattaforma viene abbassata un po' e viene esposto lo strato successivo. In questo modo, l'oggetto desiderato viene creato strato per strato.

Sviluppata una resina speciale

Finora la tecnologia DLP e i materiali biodegradabili potevano essere utilizzati solo per produrre oggetti rigidi e fragili. I ricercatori dell'ETH hanno quindi sviluppato una resina speciale che diventa elastica dopo l'esposizione alla luce.

Questa resina si basa su due diversi macro-monomeri. Le proprietà materiali dell'oggetto risultante possono essere controllate dalla lunghezza (peso molecolare) dei monomeri utilizzati e dal loro rapporto di miscelazione, come mostrano i ricercatori nel loro ultimo studio in "pagina esternaProgressi della scienza" mostra.

Non appena la luce UV colpisce la resina, i monomeri si legano tra loro e formano una rete polimerica. Poiché la nuova resina è troppo viscosa a temperatura ambiente, i ricercatori hanno dovuto lavorarla a temperature comprese tra 70 e 90 gradi.

I ricercatori hanno prodotto diverse resine con diversi monomeri e hanno testato i prototipi realizzati con queste resine per verificare se il materiale è compatibile con le cellule e biodegradabile. Hanno anche testato i prototipi per verificarne l'elasticità e le sollecitazioni meccaniche, come la pressione e la tensione.

Gli scienziati hanno infine utilizzato il materiale con le proprietà desiderate per produrre stent, che sono stati testati su conigli.

Anche l'inserimento degli stent ha richiesto uno strumento speciale, poiché gli oggetti stampati in 3D devono essere inseriti in posizione ripiegata. Ciò richiede che gli impianti non possano essere piegati o schiacciati e che si dispieghino perfettamente nel punto di inserimento.

Per poter tracciare la posizione dello stent durante l'inserimento mediante immagini mediche, i ricercatori hanno umwelt und Geomatik l'oro nella sua struttura. Questo rende gli stent stabili, ma non ne altera la biocompatibilità.

Test di successo, buone prospettive

I test sui conigli condotti dal gruppo di ricerca guidato da Daniel Franzen, medico senior presso il Dipartimento di Medicina Respiratoria dell'Ospedale universitario di Zurigo, insieme ai veterinari, hanno avuto successo. I ricercatori hanno potuto dimostrare che gli impianti sono biocompatibili e che vengono assorbiti dall'organismo dopo sei-sette settimane. Dieci settimane dopo l'impianto, lo stent non era più visibile nelle immagini radiografiche. Inoltre, gli stent inseriti non si sono generalmente spostati dal sito in cui sono stati impiantati.

"Questo promettente sviluppo apre prospettive per la produzione rapida di impianti e ausili medici personalizzati, che devono essere molto precisi, elastici e degradabili nel corpo", afferma Jean-Christophe Leroux. Ulteriori ricerche si concentreranno sul rendere l'inserimento degli stent il più delicato possibile.

I processi devono essere progettati in modo tale che la produzione sia possibile nel luogo di utilizzo, o almeno che comporti catene di approvvigionamento brevi. Il processo è ancora su scala di laboratorio. "Tuttavia, la produzione di questi stent su larga scala è un'impresa complessa che dobbiamo studiare ulteriormente", afferma André Studart. Tuttavia, la tecnologia è relativamente facile da trasferire ad applicazioni mediche simili. "Si spera quindi che sia solo una questione di tempo prima che la nostra soluzione arrivi in clinica", afferma il professore dell'ETH.