Modelli di tessuto stampati in 3D più realistici per l’addestramento chirurgico
I ricercatori della University of Minnesota Twin Cities hanno presentato una tecnica di stampa 3D che realizza simulanti di tessuto umano capaci di imitare in modo fedele resistenza direzionale, morbidezza ed elasticità della pelle e di altri organi. L’obiettivo è fornire modelli da tagliare, suturare e manipolare in sala prove, riducendo il divario fra simulazione e gesto chirurgico.
Che cosa cambia rispetto ai modelli “rigidi”
La novità sta nell’introdurre un comportamento meccanico anisotropo — come nei tessuti reali composti da reti di collagene ed elastina — modulando la forma e le dimensioni dei “voxel” di riempimento durante la stampa. Il team ha anche integrato microcapsule piene di fluido che imitano la presenza di sangue e mantengono umida la sezione, senza interferire con il processo. Come funziona la tecnica
Gli autori descrivono un modello matematico che predice l’anisotropia di strutture mono- e multi-materiale con schemi di riempimento ortogonali, validato su provini e su superfici non planari. Questo permette di “progettare” al computer la risposta del materiale al taglio o alla trazione prima della stampa.
Valutazione con chirurghi
In uno studio preliminare, chirurghi hanno valutato i nuovi modelli più positivamente per feedback tattile e risposta al taglio rispetto ai simulatori convenzionali. La strada tracciata dall’équipe è estendere forme e materiali e includere interazioni con strumenti comuni in sala operatoria.
Perché è utile alla formazione
Nei programmi di training si usano già modelli anatomici stampati in 3D; per esempio, sistemi come Stratasys J750 Digital Anatomy sono progettati per riprodurre sensazione, risposta e biomeccanica dei tessuti in scenari procedurali. L’aggiunta di un controllo fine sull’anisotropia e di microcapsule fluide può avvicinare ulteriormente il comportamento dei simulatori alla realtà biologica.
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Non è biostampa di cellule, è simulazione meccanica del tessuto
Il lavoro dell’Università del Minnesota non deposita cellule vive: crea materiali che “si comportano come” il tessuto per scopi didattici. Nel panorama della biostampa, in parallelo, si stanno sviluppando approcci con bioinchiostri e modelli funzionali per studio e terapia; la letteratura di settore evidenzia come materiali e formulazioni innovative stiano migliorando realismo e impiego in simulazione.
Squadra, collaborazioni e finanziamenti
Primo autore è Adarsh Somayaji; nel team figurano Matthew Lawler, Zachary Fuenning e Michael McAlpine. La ricerca coinvolge anche il CREST Lab e il Wang Lab della University of Washington, è finanziata dal Department of Defense e beneficia delle infrastrutture del MnDRIVE Initiative e del Minnesota Nano Center.
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Prospettive e limiti dichiarati
Gli autori puntano a creare forme più varie per imitare organi differenti, a sviluppare organi “bionici” e a introdurre materiali che rispondano a strumenti come l’elettrobisturi. Restano sfide di scalabilità e standardizzazione, soprattutto se si vuole consolidare il passaggio dal banco prova a un uso esteso nella didattica clinica.
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Riferimento scientifico
I risultati tecnici sono pubblicati su Science Advances con descrizione di design dei voxel, prove meccaniche e integrazione di microcapsule; sono disponibili anche i materiali supplementari.
Aziende citate e contesto industriale
Nel contesto dei simulatori anatomici per training, Stratasys è uno degli operatori industriali già attivi con piattaforme dedicate ai modelli realistici per esercitazioni e validazione dispositivi; il lavoro accademico qui descritto offre strumenti progettuali che potrebbero complementare tali soluzioni.
