impiantate le prime protesi di ossa stampate in 3D

da un articolo del Corriere di Bologna del 15 giugno 2015

3DprintedLe cinque persone operate hanno circa 25 anni e le ossa del bacino compromesse da un tumore o dal fallimento di una protesi

Cinque ragazzi di età media 25 anni hanno protesi ossee stampate in 3D. Sono i primi impianti di questo tipo in Italia – un solo caso simile in letteratura medica nel febbraio 2014 in Inghilterra – sono stati fatti all’Istituto Ortopedico Rizzoli di Bologna. I ragazzi avevano le ossa del bacino compromesse da un tumore o dal fallimento di una precedente protesi. La progettazione delle protesi “su misura” si è basata sui dati del paziente, ricavati con tac e risonanza. È stato così realizzato un bacino virtuale, poi identificato il “pezzo” che andava sostituito. Queste e altri prospettive della stampa 3D in medicina verranno illustrati venerdì nella conferenza che sancirà la nascita dell’Italian Digital Biomanufacturing Network, che nasce per collegare gli sperimentatori che hanno raggiunto i risultati più avanzati nell’applicazione medica di questa tecnologia.

La stampante 3D realizza le protesi come se fossero pezzi mancanti di un puzzle tridimensionale, così poi “si incastrano” esattamente dove i chirurghi asportano la parte d’osso malata. Le protesi impiantate a Bologna sono in titanio. Il vantaggio, ha spiegato il Prof. Davide Donati (direttore dell’Oncologia ortopedica del Rizzoli, dove sono stati eseguiti gli interventi), è una ricostruzione che è la più appropriata possibile dal punto di vista anatomico dei rapporti tra femore e bacino. In poche parole, dopo l’intervento i pazienti hanno maggiore possibilità di riprendere a camminare correttamente. Ma gli obiettivi della stampa 3D in medicina sono ancora più ambiziosi: il “bioprinting” mira infatti a creare dispositivi su misura fatti da un mix di sostanze plastiche, ma anche umane. Oggi si usano già biomateriali come plastica o titanio – ha spiegato Pier Maria Fornasari, direttore della Banca del Tessuto Muscolo-scheletrico del Rizzoli – BioprintingIl vantaggio della manifattura a 3D è che può stampare negli strati di materiale le cellule del paziente. La cartuccia di materiale per la stampa può contenere cellule del paziente. Questo futuro, fatto di materiale umano mescolato a quello biocompatibile non umano, è davvero imminente: secondo me ci arriveremo tra sei mesi, un anno.

Un ambito che rappresenta un ulteriore campo di ricerca per il Rizzoli, dove al progetto della stampa 3D lavorano una quindicina di persone. Grazie a un finanziamento di oltre due milioni di euro da Ministero della Salute e Regione Emilia-Romagna sarà attivata una piattaforma di Bioprinting per la fabbricazione di dispositivi custom made fatta tramite l’acquisizione di immagini radiologiche da una Tac Dual Energy. Inevitabile sollecitare a Fornasari il ricordo del futuro descritto da Blade Runner, con “replicanti” costruiti in laboratorio. Ma il ricercatore è sfuggito alle suggestioni: “No, non è Blade Runner. È la medicina che è sempre più vicina alle esigenze del paziente, sempre più su misura. Da una parte con la genomica, dall’altra con la produzione di dispositivi o tessuti sempre più adeguati alle necessità chirurgiche del paziente“.

Human Cartilage can be 3D-printed

We’ve already discussed about the importance of cartilages in the human body. Two examples are the knee menisci and the thyroid cartilage that origins the Adam’s apple. We’ve also understood that 3D printing would probably represent a great revolution in the world of medicine, with the possibility of reproducing human body parts or fabricating new-generation assistive tools. Put the two things together and you’ll be able to print human cartilage by means of a 3D printer. I simply copy-paste here the content of this interesting webpage (to which all rights belong).

Dr. Darryl D’Lima and the members of his team at the Scripps Clinic in La Jolla, California, say they’ve unlocked the secrets of bioprinting human cartilage. That’s big news as the current best practice medical technique to replace lost cartilage is implantation of an artificial joint. Even though that sort of operation is painful, requires a long stretch of rehabilitation and artificial joints can often need replacement as time goes on, such procedures are the industry standard.

dr-darryl-dlima-bioprinting-cartilageThe global market for knee replacements amounts to nearly $7 billion annually, and experts say it will climb to nearly $11 billion within the next few years. Somewhere around 773,000 Americans have a hip or knee replaced each year. That’s big business and a lot of pain. But D’Lima says the design of his latest prototype bioprinter will print living cartilage, and that would mark a great leap forward for those suffering from painful knee and joint damage. Taking a Hewlett-Packard inkjet printer as his starting point, D’Lima says his bioprinter uses cartilage progenitor cells suspended in a biocompatible liquid. Once the solution is exposed to ultraviolet light, it takes a permanent shape.

cartilageThe extremely tiny drops of material provide other benefits as well. Measuring just one picoliter in diameter (or one-billionth of a liter), the droplets output by the bioprinter are compact enough to fill microscopic pits on the surface of cartilage or bone. “It would be the equivalent of filling a pothole,” D’Lima says. “It would automatically fill the defect as you’re printing it. You’re getting a fairly good mechanical integration into the tissue, which is very difficult for us to do when we do traditional transplants.”

Patients suffering with arthritis or  knee injuries are often plagued by a lack of cartilage. That means bones begin to grind against bones, and that means extreme pain and constant discomfort for patients. Using D’Lima’s bioprinting method, cartilage can be applied directly into the knee joint to provide a custom fit impossible to achieve by cutting pre-made cartilage to the particular patient. And one day, D’Lima says he’s confident that the process will involve printing the cartilage material directly onto a patient on the operating table. “We wouldn’t have to prepare (material) in advance,” D’Lima said. “All of this would be done on the day of surgery, on demand.”

knee-worn-cartThe major hurdle, according to D’Lima, is that as there’s currently no printer which can print directly onto a patient. His technique needs some refining. D’Lima says he’s working on those tweaks now with biotech firms Invetech and Organovo. And D’Lima also says he’s certain the method will work in practice as cartilage, due to its simpler cellular structure and lack of a complicated network of blood vessels, will be less challenging to create than some other tissues. Cartilage, flexible connective tissue found in various areas of the body, is not as rigid as bone but can be stiffer and less flexible than muscle. Composed of specialized cells called Chondrocytes, cartilage (unlike other connective tissues) doesn’t contain blood vessels. The chondrocytes are supplied with nutrients by diffusion as a result of the pumping action generated by compression, so in comparison with other connective tissues, cartilage grows and repairs much more slowly. “(Cartilage) is complex enough that you need technology like 3D printing, but at the same time, it’s not so complex that it’s extremely challenging,” he said. “We’ve gotten interest from other researchers, wanting to print retinal cells. The retina has some similarities to cartilage in that the photoreceptors and the neural cells of the retina don’t require a blood supply, so we don’t have to print microvasculature. And the retina is a mature tissue in that if you lose a photoreceptor, that’s it. You don’t grow a new one. So it’s fairly attractive for 3D printing.”