STAMPANTE 3D ALIMENTATA DA SMARTPHONE PER SBLOCCARE LA BIOPRINTING NEL PUNTO DI CURA
I ricercatori dell’Università di Otago Christchurch e della Harvard Medical School hanno sviluppato una stampante 3D DLP basata su smartphone con l’obiettivo di migliorare l’accessibilità della produzione medica distribuita.
Utilizzando un proiettore alimentato da smartphone, il team afferma che la loro stampante ultraportatile è in grado di polimerizzare bio-inchiostri carichi di cellule in “sofisticati analoghi dei tessuti”. Gli scienziati hanno persino creato un’app di accompagnamento, che consente agli utenti di scansionare le ferite in 3D e distribuire i dati risultanti per creare tessuti specifici per il paziente su richiesta, conferendo alla macchina un potenziale clinico per l’uso finale.
“[Il nostro sistema] ha molteplici applicazioni, tra cui la stampa 3D di tessuti per un possibile impianto e rigenerazione, la stampa in situ e la stampa diretta sulle ferite in combinazione con la nostra app scanner”, ha spiegato Yu Shrike Zhang, uno degli autori dello studio. “Queste sono solo alcune possibilità, ma potrebbero essercene molte altre lungo la strada”.
La biostampa 3D è sempre più vista nel settore come un’opportunità commerciale potenzialmente redditizia, ma molte delle macchine stesse hanno un’impronta di grandi dimensioni. Sebbene questo possa essere l’ideale per quei ricercatori che cercano di ridimensionare i loro esperimenti, può essere un fattore limitante quando si tratta di adottare biostampanti in ambienti con risorse limitate o punti di cura come ospedali o ambulatori.
Secondo gli scienziati, la mancanza di un software di bioprinting 3D accessibile è anche uno dei motivi principali per cui la tecnologia non è stata ampiamente adottata, quindi data la crescente popolarità e adattabilità delle stampanti 3D desktop, dicono “c’è un urgente bisogno” di un sistema portatile, modulare e facile da programmare.
Per soddisfare questa esigenza percepita, il team ha sfruttato la potenza di calcolo e le capacità di imaging dei moderni smartphone, utilizzandone uno come interfaccia per una minuscola stampante 3D DLP. Dotato di mini motore, piattaforma, vasca, sistema ottico e proiettore, il prototipo del ricercatore misura solo 10 cm x 20 cm x 20 cm, mentre la sua vasca ha un’area di 3,14 cm 2 , rendendo la macchina piccola ma anche scalabile se necessario.
Ad esempio, le lenti del sistema possono essere sostituite per ottenere diversi ingrandimenti e intensità di luce, mentre la sua vasca è regolabile, fornendo flessibilità su più scale di lunghezza. In teoria, la stampante funziona deviando i modelli catturati tramite il suo proiettore da uno specchio ottico, su una lente convessa e in una vasca posta a 73 mm di distanza, polimerizzando i materiali in forme preprogrammate.
Tuttavia, prima di mettere in pratica questo concetto, gli scienziati avevano bisogno di creare un’interfaccia per la loro macchina. Per raggiungere questo obiettivo, hanno sviluppato un “sistema di controllo automatizzato” o un’app mobile, in grado di utilizzare il Bluetooth per inviare istruzioni al microcontrollore della stampante. Il software risultante include anche funzionalità di taglio del modello e regolazione del modello, nonché impostazioni dei parametri di stampa regolabili.
Per valutare le piene capacità della loro nuova micro-macchina, i ricercatori l’hanno usata prima per stampare in 3D una resina fotocentrica , prima di passare a strutture più avanzate caricate di cellule. Durante i test iniziali, il sistema ha dimostrato la capacità di produrre forme giroidi con intricate strutture interne, nonché diversi “monumenti” in miniatura, in intervalli di tempo di 9-12 minuti, a seconda della complessità.
Rispetto al livello di accuratezza raggiunto dalla stampante 3D Moai SLA commerciale di Peopoly , i modelli prodotti dalla macchina del team si sono rivelati notevolmente meno precisi, raggiungendo una risoluzione di circa 23 µm. Tuttavia, gli scienziati hanno anche scoperto che il loro sistema è 34 volte più veloce e molto più economico da costruire, quindi con ulteriori modifiche, affermano che mantiene il potenziale di un’alternativa più rapida ed economica.
Dopo aver stabilito la velocità e l’accuratezza del loro dispositivo, il team alla fine ha testato la sua biocompatibilità, depositando un PEG caricato di cellule in forme di naso, orecchio, rene, cuore e cervello, prima di valutarne le capacità in situ stampando direttamente su un pezzo di muscolo suino, trattando una “ferita” creata dagli scienziati a fini sperimentali.
Sebbene replicare le complesse caratteristiche esterne del cervello umano si sia rivelato difficile per la coraggiosa macchina del team, è riuscita a chiudere la “ferita” del soggetto del test, mantenendo la vitalità cellulare del 98%. Di conseguenza, i ricercatori hanno giudicato il loro sistema “una tecnologia abilitante per la futura biostampa in vivo”, con la sua app personalizzata che lo rende uno strumento particolarmente accessibile per i principianti del settore medico.
“Prevediamo ragionevolmente il potenziale significativo della nostra stampante DLP portatile abilitata per smartphone in vari campi come la medicina, la biomedicina, la casa e l’istruzione”, ha concluso il team nel loro articolo. “Questa stampante si è dimostrata adatta anche in ambienti con risorse limitate, in particolare utilizzando l’app di scansione di oggetti 3D, che riduce al minimo le conoscenze necessarie per eseguire il CAD”.
Grazie alla loro impressionante potenza di elaborazione, i moderni smartphone si stanno rivelando sempre più una base ideale per stampanti 3D in miniatura sperimentali. Proprio l’anno scorso, Lumi Industries ha lanciato il suo LumiBee azionato da smartphone , attraverso il quale mirava a sfidare la comunità dei produttori a creare le proprie macchine in resina.
Allo stesso modo, nel 2016, ONO ha lanciato un Kickstarter per finanziare quella che ha soprannominato ” la prima stampante 3D per smartphone “, raccogliendo più di 2,3 milioni di dollari in un mese. Tuttavia, da allora le cose sono andate male per il progetto e all’inizio di questo mese l’azienda ha finalmente staccato la spina, lasciando migliaia di sostenitori senza soldi e senza una macchina.
Altrove, gli smartphone sono stati anche collegati a dispositivi medici stampati in 3D, come mezzo per ottimizzarne le prestazioni. Un team di scienziati coreani ha sviluppato un nuovo adattatore a basso costo che trasforma i telefoni in strumenti diagnostici per le malattie delle corde vocali, mentre i ricercatori della RMIT University hanno stampato in 3D un filtro a clip , che consente di utilizzare le fotocamere mobili per i controlli sanitari a distanza.
I risultati dei ricercatori sono dettagliati nel loro articolo intitolato ” Una stampante 3D portatile per l’elaborazione della luce digitale abilitata per smartphone “.
Lo studio è stato co-autore di Wanlu Li, Mian Wang, Luis Santiago Mille, Juan Antonio Robledo Lara, Valentín Huerta, Tlalli Uribe Velázquez, Feng Cheng, Hongbin Li, Jiaxing Gong, Terry Ching, Caroline A. Murphy, Ami Lesha, Shabir Hassan, Tim BF Woodfield, Khoon S. Lim e Yu Shrike Zhang.
