Modelli di stampa 3D e stent per il trattamento di aneurismi dell’aorta addominale
Joyce van Loon ha recentemente presentato una tesi di laurea, ” Innesti di stent endovascolari personalizzati: sviluppo di un modello di aneurisma fantasma per testare innesti di stent personalizzati “, all’Università di Twente . Questo lavoro è incentrato sull’uso di modelli medici stampati in 3D e sul potenziale dei dispositivi vitali.
Causati da debolezza vascolare, gli aneurismi dell’aorta addominale (AAA) sono condizioni irreversibili che coinvolgono l’intima, i media e l’avventizia. Tendono ad allargarsi col passare del tempo e la diagnosi è fondamentale prima di una rottura. Successivamente, è necessario un attento monitoraggio fino all’intervento chirurgico.
“La rottura di un AAA di solito porta a insorgenza improvvisa di dolori addominali o alla schiena e ipotensione o shock. Un AAA rotto è una situazione pericolosa per la vita con una mortalità complessiva del 90% e anche con un pronto intervento chirurgico circa il 25% dei pazienti muore ”, ha dichiarato van Loon.
“Prima dell’intervento chirurgico, l’imaging e la pianificazione preprocedurali sono fondamentali. Il CTA (angiografia con tomografia computerizzata) è superiore come modalità di imaging e più accurato rispetto agli Stati Uniti nella stima dei diametri e delle lunghezze. Durante la pianificazione dell’anatomia, il coinvolgimento delle arterie viscerali, la morfologia del collo aortico (parte prossimale dell’aorta), l’angolazione aortica, l’esistenza di trombosi, calcificazioni e stenosi sono fattori importanti che dovrebbero essere considerati. Ciò indica l’importanza di un utile strumento di misurazione in combinazione con le immagini ottenute per valutare le condizioni dell’aneurisma e per decidere quale intervento chirurgico deve essere eseguito e quale stent innesto è adatto. “
Complicazioni più gravi possono insorgere per il 30 percento dei pazienti non idonei alla riparazione dell’aneurisma endovascolare (EVAR); tuttavia, è possibile inserire innesti di stent endovascolari personalizzati. Le sfide sorgono nell’uso dei metodi tradizionali, anche se potrebbero esserci fino a due mesi di attesa.
Durante questo studio, i dati delle scansioni TC di 65 pazienti hanno funzionato per creare modelli 3D da valutare, e quindi ulteriormente utilizzati per la stampa 3D di stent personalizzati. I materiali scelti per creare l’aorta richiedevano flessibilità ed elasticità, elevata conformità e materiale abbastanza forte e durevole da sopportare la pressione dell’innesto di stent. I materiali devono essere in grado di fabbricare geometrie complesse ed essere resistenti ai fluidi.
“Il materiale per innesto di stent deve avere un’elevata conformità e deve imitare l’arteria nativa. Gli stent in nitinol hanno dimostrato di avere un’elevata conformità grazie alla sua superelasticità, è biocompatibile, emodinamicamente stabile, resistente alla fatica e non corrosivo “, ha dichiarato van Loon. “Tuttavia, non siamo ancora stati in grado di stampare in 3D nitinol e avevamo bisogno di un materiale comparabile per studiare il comportamento degli innesti di stent.”
Per lo stent, Van Loon ha affermato che non solo richiedeva resistenza e flessibilità, ma era necessario che anche i materiali rasentassero il livello 4D, in grado di deformarsi con “proprietà autoespandibili” nell’aorta. Il materiale doveva essere abbastanza morbido da evitare danni al corpo e consentire la stampa di strutture più complicate. Lo stent personalizzato ha richiesto la personalizzazione, nonché una corretta sigillatura tra la parete aortica e l’innesto di stent.
I modelli Aorta sono stati stampati utilizzando resina elastica con una stampante 3D Form 2 . Nel test di due modelli stampati in 3D, tuttavia, Van Loon ha affermato che entrambi “hanno mostrato problemi”, principalmente con lo strappo. In effetti, non sono stati in grado di terminare la stampa dei modelli.
“In secondo luogo, abbiamo stampato le aortas con Agilus30 e la stampante Connex3 Stratasys ObJet260. Agilus30 è un materiale flessibile e ha una resistenza alla trazione di 2,4 – 3,1 MPa e un modulo Young di 0,6 MPa “, ha spiegato van Loon. “La stampa dei modelli di aorta in Agilus30 richiede molto tempo (1-2 giorni) ma si traduce in modelli di aorta utilizzabili.
“Dopo aver stentato i modelli di aorta con uno spessore di parete di 1 mm e 1,5 mm, si rompono e non sono considerati adatti per ulteriori misurazioni. Abbiamo utilizzato solo lo spessore della parete di 2 mm per ulteriori ricerche. “
Hanno stent stampato in 3D su Ultimaker 3 , usando NinjaFlex. Il materiale non era flessibile come richiesto per il progetto e van Loon ha notato che gli stent erano “difficili da posizionare” nell’aorta stampata del campione.
“Il secondo materiale testato descritto, Cheetah, non era flessibile come si pensava e gli innesti di stent solido non erano facilmente ripiegabili, il che rende difficile posizionare l’innesto di stent nel modello dell’aorta. Quando viene stampato con una geometria diversa (mesh), lo stent è più flessibile e mostra un comportamento simile a quello dell’innesto di stent in nitinol. Gli innesti di stent stampati in NinjaFlex o Cheetah sono in forma solida troppo rigidi e in struttura a rete troppo flessibile. Non siamo stati in grado di misurare le differenze di distensione della parete aortica tra gli innesti di stent personalizzati e gli innesti di stent dritti ”, ha concluso van Loon.
“I risultati hanno mostrato che è possibile ottenere una migliore tenuta utilizzando innesti di stent personalizzati nei nostri modelli di aorta, tuttavia i materiali utilizzati per la stampa 3D degli innesti di stent non sono confrontabili con l’innesto di stent in nitinol e pertanto sono necessarie ulteriori ricerche.”
Scansione TC degli innesti di stent stampati in NinjaFlex posizionati nel modello dell’aorta. A sinistra: fetta trasversale del modello dell’aorta con innesto di stent personalizzato e buona tenuta. A destra: fetta trasversale del modello dell’aorta con l’innesto di stent diritto, che non è stato possibile dispiegare e si osserva una cattiva sigillatura sul lato aperto dell’innesto di stent. 
Proprietà dei materiali di nitinol e materiali di stampa 3D disponibili e testati 
Modelli Aorta stampati in resina elastica. A sinistra, viene mostrata un’aorta con i rami delle arterie renali, l’aneurisma completo e la biforcazione alle arterie iliache. Sulla destra, si può vedere una parte superiore dell’aorta e dell’aneurisma, compresi i rami delle arterie renali e l’arteria mesenterica superiore. Nel collo aortico e nella parte superiore dell’aneurisma sono visibili le lacrime. 
Parte del collo aortico della segmentazione, utilizzata per i modelli di aorta e modelli di innesto di stent. A sinistra: il collo aortico e i rami delle arterie renali e dell’arteria mesenterica superiore. A destra: il collo aortico (parte infra-renale). Questa parte è importante per le misurazioni e la tenuta. 
Aneurisma dell’aorta addominale di segmentazione di uno dei soggetti inclusi. Sinistra: risultati della segmentazione MATLAB. A destra: il Meshmixer risulta, dove viene rimossa una grande parte delle arterie renali, dell’arteria mesenterica e delle arterie iliache. 
TAC di uno dei soggetti inclusi. L’aneurisma è visibile all’interno del cerchio rosso. A sinistra: sezione coronale. A destra: fetta sagittale. 
Schizzo dell’innesto di stent su misura combinato. La parete arteriosa mostrata in nero, lo stent personalizzato innestato in blu e lo stent pronto all’uso in rosso 
Procedura EVAR. Introduzione e posizionamento dell’innesto di stent modulare. L’innesto dello stent è costituito da un dispositivo principale e da estensioni. Le due arterie femorali sono i siti di accesso e le incisioni vengono eseguite come mostrato. 
Classificazione di AAA riguardante le arterie renali. AAA soprarenale include l’origine delle arterie renali senza il coinvolgimento dell’arteria mesenterica superiore. Un AAA pararenale o juxtarenale è quando un aneurisma ha origine a livello delle arterie renali. Un aneurisma pararenale è quando le arterie renali provengono da un’aorta aneurismatica e un aneurisma juxtarenale è quando l’aorta a livello delle arterie renali è normale. Un AAA infrarenale ha origine al di sotto delle arterie renali con un segmento di aorta non dilatata tra le arterie renali e il sacco aneurismatico. 