Una ricostruzione personalizzata della parete toracica
Un’équipe del Clalit-Beilinson Hospital, struttura appartenente al Rabin Medical Center e gestita da Clalit Health Services, ha ricostruito una parte estesa della parete toracica di una giovane paziente mediante un impianto personalizzato stampato in 3D.
L’intervento ha richiesto la rimozione dello sterno e di alcune porzioni delle costole collegate alla parte ossea interessata dalla malattia. La struttura asportata è stata sostituita con un unico componente progettato sulla base dell’anatomia della paziente e realizzato in PEKK rinforzato con fibra di carbonio.
Il caso è stato presentato come il primo intervento effettuato in Israele nel quale un’intera struttura toracica personalizzata, comprendente lo sterno e i collegamenti con le costole, è stata ricostruita attraverso un impianto prodotto mediante fabbricazione additiva.
La diagnosi di un tumore mesenchimale con alterazione BRAF
La paziente, una donna di circa vent’anni identificata con il nome di Hadas, era stata sottoposta ad accertamenti dopo l’individuazione di una massa nella zona dello sterno. Le prime valutazioni avevano fatto pensare a una lesione cartilaginea benigna, ma gli esami istologici e molecolari hanno condotto a una diagnosi diversa.
I medici hanno identificato un tumore mesenchimale con alterazione del gene BRAF, una forma di sarcoma descritta in un numero limitato di casi nella letteratura medica. Il tumore aveva coinvolto lo sterno, compromettendo una parte della struttura ossea centrale del torace.
Per ottenere margini chirurgici adeguati non era sufficiente rimuovere soltanto la massa. L’équipe ha dovuto asportare anche lo sterno interessato e alcune sezioni delle costole che si collegavano alla zona colpita. La conseguenza dell’operazione sarebbe stata la formazione di un ampio difetto nella parte anteriore della gabbia toracica, rendendo indispensabile una ricostruzione stabile e accurata.
Perché lo sterno è determinante per la stabilità del torace
Lo sterno non è soltanto un elemento osseo posto al centro del petto. Insieme alle costole e alle cartilagini costali contribuisce a proteggere cuore, polmoni e grandi vasi sanguigni. Costituisce inoltre uno dei principali punti di collegamento della parte anteriore della gabbia toracica.
Una ricostruzione di questa zona deve rispondere a esigenze che possono sembrare contrastanti. La struttura deve essere abbastanza rigida da proteggere gli organi interni ed evitare movimenti anomali della parete toracica, ma non deve impedire l’espansione del torace durante la respirazione.
Ogni respiro, colpo di tosse, movimento delle braccia o cambiamento di posizione sottopone lo sterno e le costole a sollecitazioni ripetute. Un impianto troppo rigido può alterare la meccanica respiratoria; una struttura insufficientemente stabile può invece compromettere la protezione degli organi o causare deformazioni della parete toracica.
Il dottor Yury Peysakhovich, responsabile della chirurgia toracica presso il Clalit-Beilinson Hospital, ha descritto lo sterno come uno degli elementi di ancoraggio dell’intero torace. La precisione della ricostruzione era quindi essenziale sia per il sostegno meccanico sia per la funzionalità respiratoria della paziente.
Un impianto costruito sull’anatomia della paziente
Per affrontare il difetto previsto dopo l’asportazione del tumore, i medici hanno scelto di non utilizzare una combinazione standard composta da reti sintetiche, placche metalliche e cemento osseo.
La soluzione adottata è stata un impianto monoblocco personalizzato. La sua geometria è stata definita utilizzando i dati delle immagini mediche della paziente, ottenuti attraverso esami radiologici tridimensionali.
Le immagini della tomografia computerizzata possono essere trasformate in un modello digitale dell’apparato scheletrico. Attraverso software di segmentazione vengono separate le strutture ossee dai tessuti circostanti, permettendo di ricostruire virtualmente lo sterno, le costole e il volume occupato dal tumore.
Su questo modello i progettisti possono simulare l’estensione della resezione chirurgica, stabilire le dimensioni della parte da sostituire e individuare i punti nei quali l’impianto dovrà essere collegato alle porzioni sane delle costole.
Il processo permette di definire prima dell’operazione elementi come spessore, curvatura, fori di fissaggio, estremità di collegamento e distribuzione delle sollecitazioni. Il chirurgo può quindi disporre di una struttura già adattata al difetto previsto, riducendo la necessità di sagomare manualmente placche o reti durante l’intervento.
La fabbricazione additiva consente inoltre di produrre geometrie difficili da ottenere mediante lavorazioni convenzionali, comprese superfici porose, zone alleggerite e raccordi specifici per ogni costola.
La scelta del PEKK rinforzato con fibra di carbonio
L’impianto è stato realizzato in PEKK, abbreviazione di polieterechetonechetone, un polimero termoplastico appartenente alla famiglia dei PAEK. Questi materiali vengono impiegati in applicazioni nelle quali sono richieste resistenza meccanica, stabilità termica e compatibilità con ambienti chimicamente aggressivi.
Nel caso del Clalit-Beilinson Hospital è stata utilizzata una formulazione rinforzata con fibra di carbonio. Secondo il dottor Israel Weiss, responsabile dell’oncologia ortopedica della struttura, il materiale è stato scelto per combinare resistenza e una certa capacità di deformazione, con un comportamento meccanico più vicino a quello dell’osso rispetto a molte strutture metalliche rigide.
Questa caratteristica assume particolare importanza nella parete toracica, che non rimane immobile dopo l’impianto. Lo sterno e le costole devono seguire migliaia di cicli respiratori ogni giorno, oltre a sopportare le sollecitazioni prodotte dai movimenti del tronco.
Il PEKK è anche un materiale non metallico e resistente alla corrosione. Le formulazioni destinate agli impianti possono essere progettate con superfici e microstrutture che favoriscono il contatto con l’osso e con i tessuti circostanti. La risposta biologica dipende tuttavia dalla composizione del materiale, dalla lavorazione superficiale, dalla geometria dell’impianto e dalle condizioni cliniche del paziente.
Il ruolo di Oxford Performance Materials nello sviluppo degli impianti in PEKK
Tra le aziende associate allo sviluppo del PEKK per applicazioni biomedicali figura Oxford Performance Materials, Inc., società statunitense specializzata in polimeri ad alte prestazioni e produzione additiva.
Oxford Performance Materials ha sviluppato la famiglia di materiali OXPEKK e la piattaforma OsteoFab, utilizzata per produrre impianti personalizzati attraverso la sinterizzazione laser di polvere di PEKK. Il processo può partire dai dati di una TAC, trasformati in modelli tridimensionali e successivamente in file destinati alla produzione.
L’azienda dichiara di avere fornito migliaia di dispositivi cranio-maxillo-facciali personalizzati e di avere esteso la propria attività a impianti ortopedici destinati a difetti ossei complessi derivanti da traumi, infezioni e tumori.
Il nome di Oxford Performance Materials compare nella documentazione di settore collegata al caso israeliano. Le comunicazioni pubbliche diffuse dal Clalit-Beilinson Hospital, tuttavia, non specificano in modo completo il ruolo industriale ricoperto dall’azienda nella progettazione o nella produzione del singolo impianto utilizzato per Hadas. È quindi corretto indicare Oxford Performance Materials come una delle imprese di riferimento per questa tecnologia, senza attribuirle in modo definitivo la fabbricazione del dispositivo impiantato.
Un intervento coordinato tra chirurgia toracica e oncologia ortopedica
L’operazione è stata guidata dal dottor Israel Weiss e dal dottor Yury Peysakhovich, con la partecipazione di specialisti in oncologia ortopedica, chirurgia toracica, diagnostica per immagini, anestesia e ricostruzione dei tessuti.
La collaborazione tra discipline differenti è stata necessaria perché il trattamento non consisteva soltanto nell’impianto della protesi. Prima della ricostruzione era necessario rimuovere il tumore con margini oncologici adeguati, proteggere gli organi situati dietro lo sterno e preparare le estremità delle costole destinate al fissaggio.
L’intervento è durato circa due ore. I chirurghi hanno eseguito l’accesso attraverso un’incisione collocata sotto il seno, una scelta pensata anche per limitare la visibilità della cicatrice.
Dopo l’asportazione della parte ossea malata, l’impianto è stato posizionato nella cavità e collegato alle strutture toraciche rimaste. La geometria personalizzata ha permesso di ricreare la continuità tra la parte centrale del torace e le costole.
La paziente è stata dimessa dopo alcuni giorni e ha proseguito il recupero a casa. Le informazioni diffuse dalla struttura indicano un decorso iniziale favorevole, ma una valutazione completa richiederà controlli clinici, oncologici e radiologici nel tempo.
Le differenze rispetto alle ricostruzioni tradizionali
Le ricostruzioni della parete toracica vengono eseguite da anni utilizzando reti in materiali sintetici, placche in titanio, protesi modellabili, cemento osseo e lembi muscolari o cutanei.
Le reti consentono di chiudere il difetto e separare gli organi interni dai tessuti superficiali, ma non sempre forniscono una rigidità sufficiente quando vengono rimosse ampie porzioni di sterno e costole. Le placche in titanio offrono un sostegno elevato e dispongono di una lunga esperienza clinica, ma possono richiedere adattamenti durante l’operazione e presentano una rigidità superiore a quella dell’osso.
Il cemento osseo può essere modellato per riempire una parte del difetto, ma non permette di ottenere con la stessa facilità una struttura completa dotata di collegamenti anatomici specifici per ogni costola.
Un impianto stampato in 3D può integrare in un solo componente la forma dello sterno, le estensioni costali e i punti di fissaggio. Il vantaggio non deriva quindi soltanto dal materiale, ma dalla possibilità di controllare contemporaneamente anatomia, geometria e comportamento meccanico.
La personalizzazione comporta anche vincoli. La progettazione deve essere completata prima dell’intervento, le immagini radiologiche devono essere accurate e l’estensione della resezione prevista deve corrispondere a quella eseguita dal chirurgo. Sono inoltre necessari processi convalidati per produzione, pulizia, sterilizzazione, controllo dimensionale e verifica meccanica.
I controlli necessari nel lungo periodo
Il buon esito iniziale di un singolo intervento non consente di stabilire da solo la durata o la superiorità di una tecnologia rispetto alle alternative disponibili.
Nel tempo i medici dovranno verificare la stabilità dei punti di fissaggio, l’assenza di infezioni, la risposta dei tessuti, la funzionalità respiratoria e il comportamento dell’impianto durante i movimenti del torace.
Nel caso di una paziente oncologica assume particolare importanza anche il monitoraggio di eventuali recidive. Le immagini radiologiche periodiche dovranno permettere di osservare sia la zona operata sia i tessuti circostanti.
Gli studi sugli impianti toracici personalizzati prodotti in 3D stanno aumentando, ma molti lavori comprendono ancora piccoli gruppi di pazienti o singoli casi clinici. Saranno necessari dati raccolti per periodi più lunghi per confrontare materiali polimerici e metallici, frequenza delle complicanze, qualità della respirazione, dolore e ritorno alle attività quotidiane.
Dalla stampa di modelli alla produzione di componenti impiantabili
La stampa 3D è entrata nella medicina attraverso la produzione di modelli anatomici utilizzati per studiare patologie e pianificare gli interventi. Il passaggio alla fabbricazione di dispositivi impiantabili richiede standard molto più severi, perché ogni fase deve essere documentata e controllata.
Nel caso della ricostruzione toracica, la tecnologia non sostituisce il lavoro del chirurgo. Fornisce invece uno strumento per trasferire la pianificazione digitale nella sala operatoria attraverso un componente fisico costruito per un solo paziente.
L’intervento eseguito al Clalit-Beilinson Hospital mostra come la fabbricazione additiva possa essere impiegata quando un tumore impone la rimozione di strutture ossee complesse e le soluzioni standard non permettono di riprodurre con precisione la forma del difetto.
Il valore clinico della procedura risiede nella combinazione tra diagnosi, progettazione anatomica, scelta del materiale, produzione controllata e collaborazione tra più specialità mediche. La stampa 3D rappresenta uno dei passaggi di questa catena, non un elemento isolato.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI)
