In passato, la formazione e l’addestramento chirurgico si basavano su illustrazioni tratte dai libri di testo, scansioni 2D, sperimentazione sugli animali e un modello di apprendistato che prevedeva lunghi periodi di osservazione prima di poter acquisire esperienza pratica con procedure rare. I recenti progressi nella Stampa 3D forniscono a medici e ricercatori gli strumenti per creare modelli anatomici specifici per paziente e patologia a fini didattici e di ricerca. «Utilizziamo la tecnologia di stampa 3D e i materiali di stampa 3D per ricreare un ambiente vascolare realistico che non sarebbe possibile ottenere in nessun altro modo», ha affermato Mike Springer, direttore delle operazioni e dell’imprenditorialità presso il Jacobs Institute.
Invece di attendere di poter fare pratica sulle nuove procedure, i medici del Jacobs Institute utilizzano modelli stampati in 3D di pazienti affetti da ictus, coaguli, aneurismi e altre patologie per sviluppare competenze chirurgiche in un ambiente privo di rischi. I modelli sono personalizzati per rappresentare una vasta gamma di anatomie, in modo che i medici partecipanti possano confrontarsi con i limiti di ciò che vedranno quando tratteranno pazienti reali. «I modelli vascolari 3D rappresentano un nuovo paradigma per la formazione della prossima generazione di medici.
Questo paradigma comprende la simulazione chirurgica ed endovascolare e la valutazione delle competenze prima che i medici siano autorizzati a trattare i pazienti», ha affermato il dott. L. Nelson Hopkins, fondatore del Jacobs Institute e del Gates Vascular Institute. La formazione sui modelli stampati in 3D può essere svolta praticamente ovunque, evitando i costi e la complessità legati all’operare in ambienti controllati, necessari per gli animali e i cadaveri umani. Non sono necessarie
strutture dotate di controlli per i rischi biologici, stoccaggio refrigerato o assistenza in loco, il che riduce significativamente i costi di formazione. Inoltre, i modelli stampati in 3D possono riprodurre una vasta gamma di tessuti in modo più realistico rispetto ai cadaveri trattati, che non conservano più la consistenza del tessuto vivo. I modelli possono incorporare punti di accesso, sensori e simulazione del flusso sanguigno, consentendo una formazione altamente dinamica e interattiva. È possibile integrare nel modello delle complicazioni per garantire che la prima volta in cui un tirocinante si trovi ad affrontare una sfida complessa non sia con un paziente sul lettino operatorio.
La stampa 3D consente al Jacobs Institute di accelerare e migliorare la progettazione dei dispositivi medici. Il team del CTRC facilita inoltre i test preclinici per la validazione dei prodotti utilizzando modelli anatomici personalizzati per acquisire feedback sulle prestazioni dei dispositivi. Quanto prima le aziende manifatturiere ottengono informazioni sulle prestazioni cliniche e sulle interazioni dei dispositivi con l’anatomia del paziente, tanto più rapidamente possono intervenire con modifiche progettuali prima delle sperimentazioni cliniche. I test di validazione preclinica risultano notevolmente migliorati quando i medici possono valutare i dispositivi su modelli anatomici realistici che simulano accuratamente le prestazioni cliniche.
«Recentemente abbiamo testato l’efficacia con cui un particolare dispositivo potesse raggiungere il cervello a seconda della tortuosità dell’anatomia. Abbiamo progettato una serie di modelli con diversi livelli di tortuosità, quindi abbiamo testato i dispositivi», ha affermato il dott. Adnan Siddiqui, direttore medico presso il Jacobs Institute, vicepresidente e professore di neurochirurgia presso il Dipartimento di Neurochirurgia dell’Università di Buffalo, nonché direttore del servizio di neurochirurgia per l’ictus presso Kaleida Health. «Questo è impossibile da realizzare su animali e pazienti, ma la Stampa 3D lo rende semplice grazie a un processo fluido e ottimizzato». Oltre a migliorare le prestazioni dei nuovi dispositivi nel trattamento dei pazienti, il feedback immediato che i progettisti ricavano dai test su anatomie reali consente loro di evitare costosi test sugli animali, potenzialmente infruttuosi.
Quando si preparano ad affrontare i casi più complessi inviati al GVI e al CTRC, i medici ricorrono alla Stampa 3D. Utilizzando le stesse tecniche sviluppate per la realizzazione di modelli anatomici destinati alla formazione e al collaudo dei dispositivi, il personale del Jacobs Institute acquisisce le scansioni dei pazienti e crea modelli fisici per pianificare gli interventi, comunicare con le équipe chirurgiche, informare i pazienti e le loro famiglie ed esercitarsi prima di entrare in sala operatoria. La conversione dell’anatomia reale del paziente in modelli 3D realistici consente ai medici di integrare indizi visivi e tattili nel loro piano chirurgico.
«La Stampa 3D è preziosa nella pianificazione di procedure complesse con un’équipe. Senza di essa, ci prepariamo alle complicazioni solo su base teorica», ha affermato Vijay Iyer, M.D., Ph.D. «Molte volte, nonostante la migliore pianificazione teorica, ci troviamo di fronte a circostanze in cui non sappiamo cosa fare».
I modelli fisici consentono al team di verificare le teorie e individuare potenziali complicazioni prima che il paziente venga portato sul tavolo operatorio e il tempo diventi un fattore critico. In un caso recente riguardante una paziente affetta da aneurisma cerebrale, il team è stato in grado di valutare l’idoneità della propria soluzione chirurgica prima di metterla in pratica.
«Inizialmente il nostro piano era quello di trattare il suo aneurisma con un cestello metallico chiamato “web device”, che avremmo inserito nell’aneurisma utilizzando un tubicino. In questo caso, abbiamo potuto provare a posizionare quel ‘web device’ e abbiamo scoperto che non avrebbe funzionato. Grazie al modello 3D, siamo riusciti a prevenire potenziali complicazioni e a ideare un metodo molto più ottimale per trattare l’aneurisma”, ha affermato il dottor Siddiqui.
Ciprian Ionita, Ph.D., è ricercatore e professore a contratto di ingegneria biomedica e neurochirurgia presso l’Università di Buffalo. Il suo team presso il Jacobs Institute utilizza regolarmente una stampante 3D per creare supporti su misura per apparecchiature scientifiche ed esperimenti. «Grazie alla nostra stampante 3D interna, non dobbiamo ricorrere a officine meccaniche esterne, il che ci eviterebbe tempi di attesa e costi aggiuntivi. La maggior parte di questi supporti e componenti può essere stampata in 3D nel giro di poche ore», ha affermato il dott. Ionita. L’alta risoluzione, caratteristica distintiva della Tecnologia PolyJet™, garantisce la precisione necessaria in laboratorio.
Per i componenti high-tech dei sistemi a raggi X, il team ha progettato e stampato in 3D un involucro che ospita un dispositivo di accoppiamento a moltiplicazione di elettroni, le ottiche di trasmissione e l’elettronica per il sistema di raffreddamento Peltier. Il sistema deve funzionare a una temperatura vicina allo zero gradi Celsius garantendo al contempo un accoppiamento ottico perfetto, e la stampa con il materiale di stampa 3D Durus è in grado di adattarsi a questo sbalzo termico. Il team di ricerca del dottor Ionita ha inoltre stampato in 3D involucri personalizzati per un sistema microCT, supporti per la scansione e il sezionamento dei tessuti e altri dispositivi a supporto della ricerca di laboratorio, in modo rapido e senza ricorrere a costose esternalizzazioni.
