Rapid 3D Printing Method for the Accurate Reproduction of Aortic Aneurysms for clinical trials and educational applications

Immaginate il corpo umano come un complesso sistema di tubature ad alta pressione, dove il tubo principale — l'aorta — trasporta il sangue vitale dal cuore a ogni angolo del corpo. A volte, a causa dell'invecchiamento o dell'usura, una sezione di questo tubo si indebolisce e si gonfia, come uno pneumatico logoro che sviluppa un rigonfiamento. Questo è chiamato aneurisma aortico. È una bomba a orologeria; se scoppia, le conseguenze sono spesso fatali. I medici hanno due modi principali per ripararlo: possono eseguire un grande intervento chirurgico a cielo aperto, oppure possono utilizzare un metodo meno invasivo chiamato Riparazione Endovascolare dell'Aneurisma (EVAR), in cui infilano uno stent (un piccolo tubo a rete espandibile) attraverso i vasi sanguigni per tappare la perdita dall'interno.

Ma ecco la parte complicata: la "tubatura" di ogni persona è unica. Il rigonfiamento potrebbe avere la forma di una pera, di una pera con una torsione o di un bizzarro ammasso angolato. Per riuscire a infilare uno stent attraverso il vaso specifico, contorto e fragile di un paziente senza causare una rottura, i chirurghi devono esercitarsi prima. In passato, si esercitavano su modelli di plastica generici o simulazioni al computer, ma non sembravano abbastanza reali. È qui che entra in gioco un ramo della scienza chiamato Produzione Additiva (o stampa 3D). Pensatela come a una stampante super-precisa che non usa inchiostro, ma costruisce invece oggetti strato dopo strato, permettendo ai medici di stampare una copia fisica perfetta dell'aorta del proprio paziente. La grande domanda che i ricercatori si sono posti è: possiamo stampare questi modelli abbastanza velocemente da essere utili, e possiamo farli con materiali che sembrino e si sentano proprio come i veri vasi sanguigni gommosi?

In questo studio, un team di ricercatori ha deciso di affrontare questa sfida creando un modello stampato in 3D "specifico per il paziente" di un aneurisma dell'aorta addominale. Non si sono limitati a stampare una forma generica; sono partiti dalla scansione medica di un vero paziente (nello specifico, un'Angio-TC, che è come una radiografia 3D super dettagliata dei vasi sanguigni). Hanno preso quei dati digitali e li hanno inseriti in una stampante 3D che utilizza una speciale resina liquida che indurisce quando colpita dalla luce (un metodo chiamato Stereolitografia o SLA).

L'obiettivo era stampare un modello che non fosse solo un guscio di plastica dura, ma qualcosa che imitasse la natura morbida e flessibile del tessuto reale. Hanno utilizzato una resina "elastomero" speciale, che è fondamentalmente un materiale gommoso progettato per allungarsi e piegarsi, proprio come un'arteria reale. Una volta stampato, hanno sottoposto il modello a una serie di test per vedere quanto bene corrispondesse al piano originale.

Per prima cosa, hanno controllato la geometria. Hanno misurato lo spessore delle pareti del modello in diversi punti. Il design al computer diceva che le pareti dovevano avere esattamente uno spessore di 1,00 mm. Quando hanno misurato il modello stampato con un micrometro digitale, hanno scoperto che lo spessore medio era di circa 0,9 mm in alcune zone e di 0,8 mm in altre, con alcuni punti significativamente più sottili (circa 0,5 mm). Ciò significa che la stampante non ha colpito il bersaglio perfettamente ogni volta; c'era un margine di errore, con alcune aree fino al 50% più sottili del previsto. Tuttavia, il materiale in sé si è rivelato piuttosto vicino al target di "gommosità", misurando una durezza di 54,20 sulla scala Shore A, molto vicina alla promessa del produttore di 50.

Successivamente, hanno esaminato la forma, in particolare quanto fosse tortuoso l'arteria. Hanno tracciato la linea centrale del modello stampato e calcolato quanto fosse acuta la sua curvatura in diverse sezioni. Hanno scoperto che la curvatura cambiava significativamente in tre zone distinte, con il raggio della curva (quanto è stretto il giro) che variava enormemente da circa 0,65 mm nei punti più stretti a oltre 46 mm nelle sezioni più dritte. Ciò ha confermato che la stampante poteva catturare la natura complessa e sinuosa di un vero aneurisma, anche se lo spessore delle pareti presentava alcune oscillazioni.

La parte più eccitante dell'esperimento, tuttavia, è stata il test "ottico". I ricercatori volevano sapere se un chirurgo potesse vedere l'interno del modello mentre lavora su di esso. Hanno inserito una guida vascolare trasparente e sottile (uno strumento usato per navigare nei vasi) all'interno del tubo stampato. Quando hanno provato a guardare la guida mentre il modello era appoggiato all'aria, è stato sorprendentemente difficile. La luce rimbalzava sulla superficie gommosa e si piegava in modi strani (rifrazione), rendendo la guida sfocata e difficile da tracciare, quasi come cercare di vedere una cannuccia in un bicchiere d'acqua appoggiato su un tavolo.

Ma poi, hanno provato un trucco astuto. Hanno immerso l'intero modello in un liquido (alcol isopropilico). Improvvisamente, accadde la magia. Poiché il liquido e il modello gommoso avevano modi simili di piegare la luce, il "riverbero" è scomparso. Il modello è diventato quasi invisibile e la guida all'interno è diventata cristallina. Era come indossare occhiali speciali che rendono l'acqua e la cannuccia un unico oggetto continuo. Questo ha suggerito che, per scopi di addestramento, avere il modello immerso in un liquido corrispondente rende molto più facile per i chirurghi vedere cosa stanno facendo all'interno del vaso.

Lo studio conclude che, sebbene la stampa 3D di questi modelli sia un modo veloce e promettente per creare strumenti di addestramento realistici, il processo non è ancora perfetto. Lo spessore delle pareti può variare e il materiale deve essere maneggiato con cura. Tuttavia, la capacità di stampare rapidamente l'anatomia specifica di un paziente, combinata con il trucco dell' "immersione nel liquido" per vedere l'interno, offre un nuovo modo potente per aiutare i chirurghi a esercitarsi e pianificare prima di toccare un vero paziente. È un passo verso la trasformazione di complessi enigmi medici in oggetti tangibili e risolvibili.