Storicamente, l’uso dei cadaveri è stato fondamentale nell’efficace insegnamento delle scienze anatomiche e della medicina. Non c’è modo migliore per comprendere l’anatomia che sezionare ed esaminare quella di un corpo reale, tuttavia, negli ultimi anni è diventato evidente che la stampa 3D ha il potenziale per rivoluzionare l’educazione medica. Se le università, gli ospedali, i professionisti medici e gli esperti allo stesso modo possono sfruttare la tecnologia, possiedono la capacità di replicare qualsiasi parte del corpo umano con dettagli fotorealistici su richiesta. Sebbene i cadaveri siano uno strumento pratico e utile per gli studenti di medicina, ci sono innegabili svantaggi nel loro utilizzo, che vanno dai problemi etici a quelli di accessibilità. In confronto, la stampa 3D non solo rende i cadaveri obsoleti, ma anche le nuove tecnologie, come la serie 3DUJ di Mimaki, hanno ampie capacità di precisione e qualità che migliorano quelle dei vecchi modelli stampati a base di polvere utilizzati negli ospedali e nelle università.
I modelli anatomici non sono una novità per la formazione medica. Una di queste aziende che ha dominato questo mercato è Erler Zimmer. Fondata nel 1950 da Johannes Erler e suo genero Walter Zimmer, l’obiettivo è sempre stato la produzione e la commercializzazione di materiale didattico, nell’ambito della medicina. Tradizionalmente, producevano prodotti con l’uso dello stampaggio a iniezione, seguito dalla verniciatura. Per molto tempo, questi modelli sono stati usati insieme ai cadaveri, così come simulazioni digitali per la formazione medica.
Recentemente Erler Zimmer ha iniziato a guardare verso nuove tecnologie per creare modelli con livelli di dettaglio più elevati e ha scoperto la serie Mimaki 3DUJ, attratta dalle sue precise capacità di stampa a colori.
Perché c’è bisogno della stampa 3D nel settore medico?
Indubbiamente, l’uso di cadaveri ha molti vantaggi, ma questi sono spesso superati dai contro. Gli esempi biologici possono essere molto efficaci in determinate aree, come l’addestramento procedurale a ultrasuoni o le procedure iniettive, dove è estremamente difficile, se non impossibile, replicare tessuto umano reale.
Tuttavia, dove quest’area non è all’altezza è la natura del lavoro con i cadaveri. Non solo sono molto costosi, ma sono anche difficili da trovare e altrettanto difficili da mantenere. Se non imbalsamati, i cadaveri si deteriorano dopo solo un paio di giorni, portando gli studenti di medicina a soffrire di effetti fisici negativi, come nausea, vertigini e stanchezza. D’altra parte, un cadavere imbalsamato ha una ridotta qualità tattile, consistenza e flessibilità. Indipendentemente dal fatto che sia imbalsamato o meno, ci sono anche chiari vincoli mentali coinvolti quando esposti alla dissezione di un cadavere, con studenti di medicina che ricordano sentimenti di depressione, ansia e stress.
Guardando alle alternative consolidate, i modelli a base di polvere che in precedenza erano comuni nella formazione anatomica e medica, mancano della qualità tattile dei nuovi modelli stampati in 3D. La loro fragilità e natura deperibile, combinata con un uso fisico costante, significa che non ci vuole tempo prima che si verifichino danni o scolorimenti, e quindi devono essere sostituiti spesso.
Passaggio ai modelli stampati in 3D
Mentre inizialmente Erler Zimmer non avrebbe mai pensato che sarebbero finiti nella stampa 3D, nel 2021 hanno fatto il cambiamento. La Monash University (Australia) li ha contattati per i modelli di scansioni digitali che avevano raccolto di cadaveri reali. Rendendosi conto che le tecnologie tradizionali per la creazione di modelli non avrebbero funzionato, poiché i dettagli richiesti dalle scansioni digitali erano troppo grandi, Erler Zimmer ha iniziato a esplorare la strada della stampa 3D.
Andreas Falk, COO di Erler Zimmer, ha dichiarato di aver provato un’altra marca di stampante 3D, ma alla fine, dopo 6 mesi di test, hanno deciso di restituirla a causa di continui malfunzionamenti. Hanno quindi scoperto la gamma di stampa 3D Mimaki, investendo in una 3DUJ-553, la stampante 3D su scala industriale della serie 3DUJ, e da allora non hanno guardato indietro, con l’intenzione di acquistare altre due 553. In Germania, dove ha sede l’azienda, il rivenditore 3D autorizzato Mimaki DP Solutions GmbH & Co KG ha condotto le produzioni campione e ha istruito Erler Zimmer su come utilizzare le nuove macchine e il relativo software.
“Abbiamo scoperto che Mimaki ci offriva la soluzione definitiva. Con la capacità di oltre 10 milioni di colori della 3DUJ-553, siamo stati in grado di stampare dettagli cromatici fini, cosa molto importante nella formazione medica”, commenta Falk. “Il miglioramento dei modelli attraverso il colore ha dato un risultato ancora migliore per l’insegnamento rispetto all’uso di un vero cadavere, e ha risolto il problema che molti paesi devono affrontare riguardo a questioni etiche o religiose con l’uso di cadaveri, che erano molto limitati all’uso di grafici e semplici modelli anatomici. Ora possono avere repliche in plastica di veri corpi umani, il che ha portato l’insegnamento molto più in là di quanto non fosse prima”.
Ci sono molti vantaggi nell’usare il colore pieno all’interno dei modelli anatomici, ha continuato Falk a spiegare. “Il primo passo è stato la riproduzione di un corpo sano. Ora abbiamo una nuova serie di patologie che stanno aprendo nuove opportunità. Ci sono molte malattie che la maggior parte dei medici non avrebbe mai visto perché è così raro trovare un cadavere con quella specifica malattia. Ora disponiamo di una collezione di riproduzioni malate con cui gli studenti possono interagire, il che rappresenta un enorme passo avanti per l’insegnamento della medicina in tutto il mondo”.
La facilità di riproducibilità è un altro importante miglioramento rispetto ai modelli di insegnamento tradizionali. Con il 3DUJ-553, Erler Zimmer può produrre sempre lo stesso identico modello, a differenza di un cadavere, dove ce n’è solo uno. Ciò significa che in una stanza piena di studenti, ogni studente può avere davanti a sé lo stesso modello, invece di affollarsi attorno a un tavolo.
Anche i materiali in uso per questi modelli sono molto importanti durante l’insegnamento, con il 3DUJ-553 in grado di stampare in resine dure e morbide che sono disseccabili e iniettabili, oltre che trasparenti per mostrare le strutture interne. Le resine consentono inoltre una struttura superficiale molto più liscia rispetto alle tradizionali controparti stampate in 3D a base di polvere. “Per noi il materiale trasparente è molto importante”, commenta Falk. “Ci sono molti vasi sottili, nervi e cose che potrebbero rompersi durante l’uso, quindi utilizziamo il materiale trasparente per creare strutture di supporto per rafforzare il prodotto”.
Quando è stato interrogato sul tempo di esecuzione, Falk ha sottolineato che lasciano la stampante costantemente in funzione. “L’unico momento in cui non viene stampato è quando viene pulito e quando rimuoviamo il modello dalla macchina e iniziamo la stampa successiva quasi subito dopo”. Nei sei mesi di attività, la stampante Mimaki 3DUJ-553 di Erler Zimmer ha funzionato ininterrottamente senza intoppi o cali di qualità.
La tecnologia di stampa 3D è ancora in evoluzione nel settore della modellistica medica, soprattutto con la crescita delle aspettative e delle richieste di modelli più realistici e complessi. Molti, tra cui Erler Zimmer, sono desiderosi di utilizzare materiali flessibili con un colore pieno, ad esempio, che Mimaki spera infatti di soddisfare in un futuro non troppo lontano. Un altro punto notato da Falk per coloro che desiderano utilizzare la stampa 3D a colori è il software. “La parte più impegnativa è mettere insieme diverse tecnologie di scansione, poiché i modelli medici utilizzano principalmente una combinazione di TC, risonanza magnetica e scansione ottica oltre al trattamento manuale. Hai davvero bisogno di un anatomista per fare il lavoro per renderlo corretto dal punto di vista medico. La difficoltà è poi mettere insieme tutti i diversi dati e gestire la preparazione di tutti i file di stampa, per i quali serve proprio uno specialista, per produrre modelli corretti”.
Sebbene inizialmente il colore non fosse in prima linea nella stampa 3D, le nuove funzionalità hanno visto un cambiamento nei mercati e una crescente importanza di ciò per cui questa tecnologia può essere utilizzata, sia nel settore medico, dei giochi o dell’arte. Un intero nuovo regno di possibilità è stato portato a compimento, immaginato da una nuova ondata di designer ambiziosi, con il suo potenziale e utilizzato in aree del design e della modellistica anatomica che prima erano inimmaginabili. Erler Zimmer ha avuto successo nell’introdurre l’uso della tecnologia di stampa 3D a colori, migliorando gli standard della formazione medica e rendendola più accessibile a studenti e ricercatori di tutto il mondo.
