IMPIANTI UNICI STAMPATI IN 3D POROSI PROGETTATI PER TRATTARE LE FRATTURE DELL’ORBITA DELL’OCCHIO
I ricercatori dell’Università di Basilea hanno sviluppato un nuovo impianto stampato in 3D per il trattamento delle fratture della cavità oculare che comporta un rischio ridotto di rigetto del paziente.
Costruiti utilizzando una stampante 3D Prusa i3 e un filamento in PEEK, gli innesti del team sono in grado di superare la bioinerzia del loro materiale grazie alle loro caratteristiche porose, che possono essere adattate per migliorare la riparazione cellulare. Attraverso l’analisi degli elementi finiti (FE), il team ha anche scoperto che i loro dispositivi sono altamente personalizzabili, il che significa che in futuro potrebbero essere adattati per soddisfare le esigenze dei singoli pazienti ottici.
“La stampa di polimeri termoplastici impiantabili ad alta temperatura come il PEEK, apre la strada a una generazione più sofisticata di biomateriali”, ha affermato il team nel loro articolo. “L’implementazione dell’FDM [stampa 3D] presso il punto di cura offre un minor spreco di materiale, una facile formazione degli operatori, una produzione di impianti più rapida, una maggiore redditività e specificità del paziente”.
Quando si tratta di ferite facciali, le cosiddette “fratture del pavimento orbitale” rappresentano una delle lesioni più raccapriccianti possibili. Un effetto collaterale comune dell’essere colpiti da una forza contundente al viso, le fratture del pavimento orbitale vedono effettivamente il muro sotto gli occhi dei pazienti colpiti danneggiarsi e il disturbo può essere molto difficile da trattare data la posizione oscurata del sito.
Sebbene i progressi nella pianificazione chirurgica virtuale (VSP) continuino a rendere più facile che mai affrontare tali fratture della cavità oculare, i materiali chirurgici correlati rimangono un ostacolo per risultati ottimali per i pazienti. PEEK, nel frattempo, è un robusto polimero di stampa 3D a sé stante e ha mostrato un notevole potenziale in questo settore, ma secondo il team svizzero la sua mancanza di bioattività è motivo di “preoccupazione clinica”.
In passato, i ricercatori hanno accarezzato l’idea di rivestire PEEK per migliorarne l’osteointegrazione, ma un legame scadente può portare alla degradazione del materiale e infine all’osteolisi. In alternativa, data la flessibilità progettuale intrinseca della tecnologia, la stampa 3D sta trovando sempre più applicazioni di innesto chirurgico, in cui consente la realizzazione di impianti porosi che favoriscono una maggiore ricrescita cellulare.
Tuttavia, nonostante il potenziale clinico dei dispositivi medici prodotti con additivi, i ricercatori di Basilea non hanno trovato studi esistenti che esaminassero i comportamenti degli impianti stampati in PEEK FDM 3D, quindi ora hanno stabilito un flusso di lavoro che consente la produzione di innesti personalizzati, che presentano una migliore chirurgia applicabilità.
Per cominciare, il team ha creato modelli FE di diversi design di impianti a rete orbitale e ha utilizzato un software di simulazione per testare le loro prestazioni rispetto agli “scenari peggiori” clinici. Sulla base delle loro scoperte, i ricercatori hanno deciso di integrare punti di vite da 1,5 mm in ciascuno dei “cerchi” dei loro dispositivi come mezzo per tenerli in posizione durante l’uso finale, prima di esportarli come file STL per la stampa.
È interessante notare che i modelli iniziali del team hanno fallito a causa delle loro complesse sporgenze, costringendo i ricercatori ad adottare un approccio “origami inverso”. In pratica, ciò significava convertire digitalmente i loro impianti 3D in 2D utilizzando la funzione “srotola” nel programma Inventor di Autodesk , prima di estruderli piatti e rimuoverli manualmente dal piano di stampa.
Per rendere nuovamente 3D i loro innesti, i ricercatori hanno quindi utilizzato uno stampo e una pressa per riscaldarli e comprimerli nella forma desiderata, prima di classificare e analizzare le loro qualità. Ogni dispositivo è stato contrassegnato in base alla loro deformazione sotto 0,3 N e al loro adattamento morfologico e, ovviamente, i risultati hanno mostrato che gli impianti più sottili hanno anche mostrato i più alti livelli di stress sotto pressione.
Per quanto riguarda l’adattamento e l’accuratezza rispetto ai modelli dei pazienti, ciascuno dei dispositivi ha ottenuto un punteggio minimo di “soddisfacente” dalla scala del team, mentre gli impianti di forma rettangolare sono stati contrassegnati come i più robusti. Il team ha quindi concluso che il loro approccio è importante quanto i dispositivi risultanti e che la modellazione FE ha permesso loro di iterare rapidamente verso un design a misura di paziente.
“Utilizzando il processo decisionale multicriterio (MCDM) [valutazioni], l’analisi computazionale basata su FE e l’FDM possono essere valutati in più opzioni di trattamento”, ha spiegato il team nel loro articolo. “Questo approccio dimostra che è possibile valutare una gamma di combinazioni per raggiungere la soluzione clinica più efficace”.
