Johns Hopkins Medicine ha ricevuto un dono da 10 milioni di dollari dalla Robert and Lynda Carter Altman Family Foundation per sostenere il James Buchanan Brady Urological Institute e istituire la Robert Altman Division of Minimally Invasive Surgery. La nuova divisione nasce all’interno di un contesto già molto orientato alla chirurgia urologica mini-invasiva, alla robotica, alla formazione pratica e alla simulazione preoperatoria.
Per il mondo della stampa 3D medicale la parte più interessante non è solo l’entità del finanziamento, ma il tipo di infrastruttura che viene rafforzata: modelli anatomici realistici, organi artificiali costruiti a partire da dati clinici, idrogel con consistenze diverse, piattaforme robotiche da Vinci e sistemi di imaging avanzato per aiutare i chirurghi a prepararsi prima dell’ingresso in sala operatoria.
Una divisione dedicata alla chirurgia mini-invasiva
La Robert Altman Division of Minimally Invasive Surgery opera nel Brady Urological Institute, una struttura di Johns Hopkins Medicine focalizzata sulle patologie urologiche, comprese quelle della prostata, della vescica, del rene e delle vie urinarie. La divisione è collegata alla chirurgia laparoscopica e robot-assistita, due campi nei quali la capacità di muoversi in spazi ridotti, leggere immagini complesse e controllare strumenti con grande precisione è essenziale.
Il finanziamento della Robert and Lynda Carter Altman Family Foundation servirà a sostenere ricerca, formazione e cura clinica. Johns Hopkins indica tra le aree di sviluppo la chirurgia robotica, la stampa 3D di organi realistici per simulare le procedure e tecnologie di imaging capaci di fornire visioni multidimensionali e feedback sui movimenti del chirurgo.
Tra le figure centrali del progetto ci sono Mohammad E. Allaf, direttore del Brady Urological Institute, e Ahmed E. Ghazi, direttore della chirurgia mini-invasiva e robotica. Ghazi è uno dei nomi più legati allo sviluppo di modelli chirurgici realistici in idrogel per l’addestramento e la pianificazione di interventi complessi.
Perché non basta vedere l’anatomia in 3D
In medicina la stampa 3D è spesso associata ai modelli anatomici rigidi: repliche di ossa, tumori, vasi o organi usate per spiegare un caso clinico, pianificare un taglio o mostrare al paziente dove si trova una lesione. In urologia, però, il salto di qualità richiesto dalla chirurgia robotica è diverso.
Un chirurgo non deve soltanto “vedere” un rene, una prostata o una vescica. Deve capire come si muove il tessuto, dove passano i vasi, come reagisce una superficie quando viene incisa, come cambia il campo operatorio quando compare un sanguinamento e come preservare strutture delicate come nervi, sfinteri o porzioni sane dell’organo.
È qui che il lavoro sviluppato alla Johns Hopkins assume interesse per la stampa 3D. La tecnologia additiva non viene usata solo per produrre un oggetto finale, ma come parte di una filiera più ampia: immagini mediche, segmentazione digitale, progettazione CAD, stampa di stampi o componenti, colata di materiali morbidi, integrazione di canali, liquidi e strutture interne.
Modelli in idrogel che possono simulare tessuti e sanguinamento
Il gruppo di Ahmed Ghazi ha lavorato su modelli chirurgici che combinano stampa 3D e idrogel. L’idrogel è un materiale polimerico ricco d’acqua che può essere formulato per imitare consistenze diverse. In un modello operatorio si possono quindi differenziare aree più morbide, zone più rigide, tessuto adiposo, muscolo, vasi e cavità.
Questi modelli possono essere costruiti come repliche paziente-specifiche, partendo da TAC, risonanza magnetica o altri dati clinici. Il chirurgo può esercitarsi su un caso che riproduce una specifica anatomia, non una forma generica. Nel caso di un tumore renale complesso, ad esempio, il modello può aiutare a valutare se sia possibile rimuovere la massa preservando una parte maggiore del rene. Nel caso della prostatectomia, può servire a studiare meglio il rapporto tra tumore, capsula prostatica, nervi e strutture responsabili della continenza.
La differenza rispetto a un simulatore puramente digitale è il contatto fisico. Il chirurgo può tagliare, suturare, controllare un sanguinamento simulato e ripetere il gesto più volte. In una procedura robotica, dove il medico lavora attraverso una console e strumenti miniaturizzati, questa pratica può contribuire a costruire memoria operativa e familiarità con un caso.
SLICE: formazione chirurgica basata su modelli fisici e dati
Il Surgical Learning and Innovation Center of Excellence, noto come SLICE, è uno dei punti chiave di questa attività. Il centro utilizza modelli realistici, robot chirurgici da Vinci e sistemi di analisi delle prestazioni per addestrare studenti, specializzandi e chirurghi già esperti.
Nel modello formativo descritto da Johns Hopkins, il training non si limita a far ripetere una procedura un numero prestabilito di volte. L’obiettivo è misurare abilità, progressi e precisione. Il chirurgo può essere valutato tramite movimenti degli strumenti, tracciamento dello sguardo, sensori inseriti nei modelli e dati generati dalla piattaforma robotica. In questo modo la simulazione diventa una forma di addestramento basata su competenza: si procede fino al raggiungimento di determinati livelli, non solo fino alla fine di un esercizio.
La presenza di sistemi da Vinci collega il discorso anche a Intuitive Surgical, l’azienda che produce la famiglia di robot chirurgici da Vinci. Nelle attività Johns Hopkins il robot non è il protagonista isolato, ma una parte di un ecosistema: modello anatomico, imaging, curriculum didattico, dati di performance e supervisione clinica.
Stampa 3D come ponte tra radiologia e sala operatoria
Il percorso di un modello anatomico chirurgico parte dai dati di imaging. TAC e risonanza magnetica vengono convertite in geometrie digitali tramite segmentazione. Da questi file si possono creare modelli CAD, esportare geometrie in formati adatti alla produzione e arrivare alla stampa o alla fabbricazione di stampi.
La letteratura sull’urologia robotica mostra che i modelli 3D sono stati usati soprattutto nella pianificazione di interventi renali con risparmio del nefrone, come la nefrectomia parziale, e nelle procedure sulla prostata, dove la conoscenza dei rapporti anatomici può avere un impatto sulla preservazione dei nervi. I modelli possono anche aiutare il paziente a comprendere meglio il proprio caso, rendendo più chiaro ciò che nelle immagini bidimensionali è difficile interpretare.
In questo settore, però, la qualità del modello è determinante. Un oggetto bello da vedere ma non accurato dal punto di vista anatomico può diventare fuorviante. Per questo studi collegati a Ghazi hanno affrontato anche il tema del controllo qualità, confrontando modelli idrogel paziente-specifici con le geometrie di partenza. Tra gli strumenti citati nella ricerca compare 3-matic di Materialise, usato per analizzare differenze geometriche, allineamento e sovrapposizione volumetrica tra modello e anatomia originale.
Il valore industriale della simulazione fisica
Per la stampa 3D medicale questa direzione è interessante perché sposta il valore dal semplice “pezzo stampato” al processo completo. Il modello non è più solo un supporto visivo. Diventa una piattaforma di prova, un dispositivo didattico, un oggetto di validazione clinica e uno strumento di comunicazione tra chirurgo, paziente, radiologo e ingegnere biomedico.
Questo approccio può coinvolgere diversi attori: ospedali e università come Johns Hopkins Medicine, fondazioni filantropiche come la Robert and Lynda Carter Altman Family Foundation, produttori di robotica chirurgica come Intuitive Surgical, sviluppatori software e aziende specializzate in imaging, modellazione e produzione additiva medicale. Non tutti questi soggetti hanno lo stesso ruolo nel progetto, ma indicano la natura sempre più integrata della stampa 3D in ambito sanitario.
Il punto non è sostituire l’esperienza del chirurgo, ma fornire un ambiente nel quale l’esperienza possa essere costruita, misurata e trasferita con maggiore continuità. Un conto è studiare un caso su uno schermo; un altro è provare l’intervento su una replica fisica che contiene un tumore, vasi, tessuti differenziati e fluidi simulati.
Dove può arrivare questa linea di sviluppo
L’urologia è un campo particolarmente adatto a questo tipo di simulazione. Prostata, rene e vescica presentano anatomie complesse, variabilità da paziente a paziente e procedure nelle quali millimetri e piani di dissezione possono fare la differenza. La chirurgia robotica offre visione ingrandita e strumenti precisi, ma riduce o modifica il feedback tattile rispetto alla chirurgia aperta. I modelli fisici possono aiutare a recuperare una parte di questa dimensione pratica.
Il finanziamento alla Robert Altman Division of Minimally Invasive Surgery non deve quindi essere letto solo come un investimento in una nuova unità clinica. È anche un segnale su come i grandi centri medici stanno interpretando la formazione chirurgica: meno dipendenza dal solo apprendistato in sala operatoria, più simulazione realistica, più dati e più personalizzazione del percorso formativo.
Per la stampa 3D, il messaggio è chiaro. Le applicazioni medicali più mature non sono necessariamente quelle più appariscenti. Spesso sono quelle che entrano in un flusso clinico concreto: partono da un’immagine del paziente, passano per software e materiali controllati, producono un oggetto verificabile e arrivano a una decisione chirurgica o a un percorso di addestramento.
La sfida ora è rendere questi modelli più accessibili, ripetibili e validati. Costi, tempi di produzione, standard di accuratezza, sterilità quando necessaria, responsabilità clinica e integrazione nei protocolli ospedalieri restano temi aperti. Ma il caso Johns Hopkins mostra una direzione solida: la stampa 3D non come curiosità da laboratorio, ma come strumento pratico per preparare interventi complessi e formare chirurghi in modo più strutturato.
