Protesi mammarie a basso costo: la stampa 3D in ambulatorio secondo Victor Stams del Carle Illinois College of Medicine

Progetto di Illinois per ridurre il costo delle protesi mammarie a 200 dollari
Un gruppo di ricercatori del Carle Illinois College of Medicine, appartenente all’Università dell’Illinois Urbana-Champaign, ha avviato un programma dedicato a rendere più accessibili ed economiche le protesi mammarie destinate a donne che hanno subito una mastectomia. La squadra, composta dal professor Victor Stams, chirurgo plastico presso Carle Health, e dallo studente di medicina Rand Kittani, ha scelto di sfruttare tecnologie di scansione e stampa tridimensionale per creare protesi su misura, direttamente nel contesto clinico, senza ricorrere a fornitori esterni. L’obiettivo dichiarato è abbassare il prezzo di ciascuna protesi nella fascia compresa tra 50 e 200 dollari, a seconda del materiale impiegato, a fronte dei costi attuali che si aggirano tra i 4.875 e i 5.719 dollari per dispositivi prodotti con metodiche tradizionali di ricostruzione (sia a base di impianti sia tramite lipofilling).

Il bisogno di alternative economiche e personalizzate
Molte pazienti rinunciano all’acquisto di una protesi dopo mastectomia per ragioni economiche o perché non dispongono di una copertura assicurativa adeguata. In alcuni casi, la mancanza di informazioni sulle opzioni disponibili spinge la donna a rassegnarsi a un risultato estetico che non soddisfa le sue necessità. Per queste motivazioni, il team di Carle Illinois intende offrire un percorso di “point-of-care delivery”, ovvero la possibilità che la scansione, la modellazione e la produzione della protesi avvengano completamente all’interno dell’ambulatorio del chirurgo plastico. In questo modo si eliminano i tempi di attesa legati all’invio del progetto a un laboratorio esterno, si riducono i costi aggiuntivi derivanti dalla spedizione e si accorcia l’intero iter terapeutico, restituendo alle pazienti control look e un più rapido ritorno alle normali attività quotidiane.

“Al di là di un risparmio economico e della praticità di un servizio in sede, credo che la vera opportunità sia restituire alle pazienti un senso di dignità e di controllo in un momento di forte vulnerabilità,” sottolinea il dottor Stams.

Fasi del processo: dalla scansione alla protesi finita
Il protocollo sviluppato da Stams e Kittani prevede diversi step ben definiti:

1. Scansione preliminare
   Prima dell’intervento chirurgico, viene eseguita una scansione 3D del seno sano. Per questa fase si adottano scanner a luce strutturata o fotogrammetria a più telecamere, che acquisiscono accurate misurazioni tridimensionali della superficie cutanea. I dati ottenuti vengono elaborati per generare un modello digitale in grado di rappresentare fedelmente le curve, i volumi e le proporzioni del seno naturale.

2. Elaborazione del modello digitale
   Il modello raccolto viene importato in un software di modellazione CAD (Computer-Aided Design). Qui si definiscono le geometrie delle protesi, tenendo conto dell’asimmetria corporea tipica di molte pazienti e delle esigenze estetiche personali. Gli algoritmi di elaborazione consentono di prevedere l’effetto che la protesi avrà una volta indossata dal punto di vista visivo e posturale, garantendo un bilanciamento ottimale con il lato non operato.

3. Scelta dei materiali
   Per contenere i costi, il team sta testando diverse alternative tra plastica ABS, poliuretani termoplastici e materiali biocompatibili come il silicone medicale alimentato tramite stampanti a tecnologia SLA (Stereolitografia). In particolare, il silicone viene valutato per l’elasticità più simile a quella del tessuto mammario e per la biocompatibilità comprovata, mentre il poliuretano si differenzia per leggerezza e robustezza. L’utilizzo di resine a certificazione medica abbinato a stampanti 3D industriali di fascia intermedia permette di contenere l’investimento iniziale, tenendo ferme le proprietà meccaniche e la sicurezza per il contatto prolungato sulla pelle.

4. Stampa 3D della protesi
   Utilizzando una macchina di produzione additiva in grado di gestire materiali flessibili, il prodotto finale viene realizzato strato dopo strato. Con la tecnica della stampa a deposizione di filamento (FDM) si possono ottenere forme spigolose e l’utilizzo di infill differenziati, mentre con la stereolitografia si raggiunge un livello di dettaglio superiore grazie all’uso di resine liquide fotosensibili. Le stampe vengono poi rifinite a mano per pulire eventuali eccessi di materiale e per uniformare la superficie, in modo da garantire un comfort ottimale una volta applicata.

5. Rifinitura manuale e abbellimenti estetici
   Terminata la fase di stampa, la protesi viene trattata con una rifinitura meccanica per limare irregolarità e ottenere un aspetto il più naturale possibile. Viene inoltre applicata una finitura superficiale esterna leggermente opaca per evitare riflessi indesiderati sotto i vestiti e per mimetizzare le differenze cromatiche con la carnagione della paziente. Se necessario, si effettuano piccoli ritocchi di colorazione con pigmenti sicuri per la pelle, in modo da avvicinare ulteriormente la tinta del dispositivo a quella del seno non operato.

Costi attuali e obiettivi di prezzo
I dati della American Society of Plastic Surgeons indicano che le protesi su misura realizzate con metodi convenzionali – che ricorrono a impianti siliconici o a tecniche di lipofilling – possono costare dalle 4.875 alle 5.719 dollari. A questi vanno aggiunti i costi di studio, le visite preoperatorie e le varie prove di fitting presso laboratori esterni. La gamma di prezzo fissata dal progetto dell’Illinois vuole mantenersi nell’ordine di grandezza di 50–200 dollari per singola protesi, in funzione del materiale impiegato e del tempo di stampa. Questo traguardo risulta plausibile grazie all’adozione di stampanti 3D di fascia media, al costo decrescente delle materie prime e all’integrazione del processo nel contesto ospedaliero senza intermediazioni.

Ricerca di materiali idonei
Un aspetto cruciale del progetto consiste nella scelta del materiale. I ricercatori stanno valutando:

• Plastica ABS e PLA: vantano costi bassi e buona stabilità dimensionale, ma presentano limiti in termini di elasticità e comfort a contatto con la pelle.

• Poliuretano termoplastico (TPU): più flessibile e resistente a sollecitazioni cicliche, risponde meglio al movimento naturale del corpo, pur rimanendo relativamente economico.

• Resine biocompatibili: usate in tecnologia SLA, offrono finiture superficiali più lisce e un aspetto più naturale, ma hanno costi di stampa leggermente più elevati.

• Silicone medicale: pur essendo la scelta più comune per le protesi convenzionali, richiede stampanti a tecnologia diversa e un processo di colata che richiede calchi specifici, aumentando i tempi di produzione. Tuttavia, i ricercatori stanno esplorando combinazioni di stampa 3D e colata di silicone per ottenere un guscio esterno morbido e un’anima interna leggera.

In parallelo, il team valuta l’impiego di sensori a ultrasuoni o di immagini RMN (risonanza magnetica) per affinare la simulazione del volume interno e assicurarsi che la protesi riproduca il comportamento del seno naturale anche al variare della posizione del busto e dei movimenti del braccio.

Modelli di riferimento internazionali
L’iniziativa dell’Università dell’Illinois si inserisce in un quadro più ampio di innovazioni dedicate a protesi mammarie personalizzate:

• REALETEE (Francia): fondata dall’anatomista Julien Montenero, l’azienda produce protesi mammarie di alta definizione grazie alla scansione 3D del corpo e alla stampa di stampi per calchi in silicone. I dispositivi realizzati si distinguono per l’elevata fedeltà anatomica e per il dettaglio dei tessuti, ma i costi di produzione rimangono piuttosto alti, destinati a centri specializzati con attrezzature di livello avanzato.

• myReflection (Nuova Zelanda): lanciata nel 2019 da Tim Carr e Jason Barnett, questa startup offre un servizio di scansione 3D a Auckland e produce protesi utilizzando stampi stampati con filamenti PLA o TPU. Ogni protesi è composta da un nucleo interno rigido e da uno strato esterno in silicone certificato. Il prezzo di vendita si aggira sui 613 dollari neozelandesi (circa 369 dollari statunitensi). Il cofondatore Barnett sottolinea che i modelli tradizionali si deteriorano in breve tempo, mentre le protesi myReflection sono progettate per garantire una durata più lunga, aumentando la sicurezza percepita dalle pazienti.

• BellaSeno (Germania): avviata da Mohit Chhaya, ha sviluppato impianti mammarî riassorbibili stampati in 3D. Già nel 2022 ha condotto studi clinici in Australia coinvolgendo 19 pazienti per revisioni di mastoplastiche e sette soggetti con pectus excavatum. Dopo un anno di follow-up, non sono emerse complicazioni rilevanti né è stato necessario rimuovere gli impianti. I risultati incoraggianti hanno aperto la strada a trial estesi in Stati Uniti ed Europa, con l’obiettivo di utilizzare tali dispositivi anche in interventi di lumpectomia e di aumento primario.

Tutte queste esperienze hanno dimostrato come l’uso della stampa 3D possa migliorare la relazione tra forma, funzione e tempi di produzione, seppur presentando costi di realizzazione differenti e livelli di accessibilità non uniformi a livello globale.

Vantaggi di un approccio point-of-care
L’idea di trasferire in clinica l’intero processo di produzione offre diversi benefici:

• Riduzione dei tempi complessivi: si riducono da settimane a pochi giorni o ore i tempi necessari per consegnare la protesi.

• Minori costi di intermediazione: non serve rivolgersi a laboratori esterni o a industrie specializzate, evitando spese di spedizione e margini elevati applicati dai fornitori convenzionali.

• Migliore adattamento alla morfologia del paziente: grazie alla scansione preliminare, è possibile ripetere la prova di fitting più volte, affinando la geometria della protesi fino a raggiungere il risultato desiderato.

• Personalizzazione a 360 gradi: oltre alla forma, si possono personalizzare peso, consistenza e finitura superficiale, in base alle esigenze specifiche di ciascuna donna.

• Incremento della privacy e del comfort: l’intero percorso si svolge nel contesto ospedaliero, senza bisogno di spostamenti tra più strutture, consentendo alla paziente di affrontare con maggiore serenità un momento delicato.

Sfide da affrontare e prospettive future
Tra gli aspetti ancora da perfezionare, i ricercatori di Carle Illinois segnalano:

1. Ottimizzazione dei materiali: trovare un materiale che offra elasticità simile al tessuto mammario, un’aderenza confortevole alla pelle e una durata adeguata nel tempo, mantenendo bassi i costi di produzione.

2. Affinamento del processo di scansione: migliorare la qualità delle scansioni per documentare non solo la forma esterna, ma anche eventuali variazioni di spessore del tessuto sottocutaneo, con l’ausilio di imaging RMN o ecografie.

3. Validazione clinica su larga scala: estendere le sperimentazioni a più centri medici e a un numero maggiore di pazienti, al fine di raccogliere dati statistici sulla durata, sulla soddisfazione delle utenti e sui potenziali effetti collaterali a lungo termine.

4. Sviluppo di protocolli di sterilizzazione: definire procedure adatte a igienizzare i materiali stampati senza comprometterne la struttura meccanica o l’aspetto estetico, garantendo la sicurezza per il contatto prolungato con la pelle.

5. Integrazione nei percorsi assistenziali: stabilire linee guida condivise tra chirurgi plastici, radiologi e ingegneri biomedici per standardizzare il flusso di lavoro e renderlo replicabile in contesti che dispongano di budget e competenze diverse.

Oltre a questi punti, Stams e Kittani valutano l’adozione di intelligenza artificiale per supportare la fase di progettazione automatica, in modo che il software suggerisca i parametri di stampa ottimali in base alle caratteristiche anatomiche della paziente. In parallelo, si ipotizza il coinvolgimento di startup e aziende specializzate in soluzioni mediche open source per accelerare lo sviluppo di software e hardware a basso costo, destinati a ospedali con risorse limitate.

Impatto sociale e prospettive di diffusione
Se l’obiettivo di arrivare a una protesi dal prezzo contenuto tra 50 e 200 dollari verrà centrato, si creeranno importanti ricadute sul piano sociale:

• Accesso più ampio alle cure: donne che vivono in aree rurali o in paesi con sistemi sanitari meno sviluppati potrebbero beneficiare di soluzioni di ricostruzione estetica a costi contenuti.

• Miglioramento della qualità di vita: la possibilità di indossare una protesi su misura riduce il rischio di problemi posturali e di cedimenti della colonna vertebrale, spesso causati da protesi non adeguate o troppo leggere rispetto al tessuto mancante.

• Riduzione dello stigma: offrire un prodotto confortevole e dall’aspetto più naturale favorisce il reinserimento sociale delle pazienti colpite da tumore al seno, facilitando la loro partecipazione a eventi pubblici, attività sportive o semplici momenti di vita quotidiana.

• Sviluppo di competenze locali: l’adozione di tecnologie additive all’interno degli ospedali può generare nuove figure professionali, come tecnici di stampa 3D mangerebbe orientation e specialisti in biotecnologie di materiali, favorendo la crescita di competenze in ambito biomedico e ingegneristico.

Conclusioni
Il progetto del Carle Illinois College of Medicine rappresenta un passo significativo verso la democratizzazione di soluzioni di ricostruzione post-mastectomia, mettendo in campo tecniche che combinano scansione tridimensionale, modellazione CAD e stampa 3D di materiali biocompatibili. La sfida più rilevante rimane quella di ottimizzare i costi senza compromettere il comfort e la durata delle protesi, ma il percorso delineato dai ricercatori tocca nodi cruciali come la personalizzazione spinta, la produzione interna e la scelta di materiali innovativi. In un contesto in cui l’accesso a dispositivi medici di qualità è spesso limitato dai prezzi elevati, l’approccio point-of-care adottato da Stams e Kittani conduce verso un modello di cura più umano, rapido e meno oneroso.