Dalle action figure agli organi umani: scopri cosa possono fare le stampanti 3D.
La tecnologia e la medicina sono in continuo progresso. Da un lato, la stampa 3D sta rivoluzionando il nostro processo di creazione. Dall'altro, il sito criopreservazione a temperature criogeniche potrebbe consentire incredibili sviluppi in campo medico. Ma la vera magia avviene quando si mettono insieme tecnologia e medicina per creare qualcosa di completamente nuovo. Permettetemi di presentarvi: Stampa 3D criogenica.
La stampa 3D criogenica mira a creare idrogeli congelati utilizzando criopreservazione per stabilizzare l'oggetto stampato in uno stato ideale. Poi, quando servono, possono essere riscaldati. Questa procedura è stata pubblicata per la prima volta nel 2015 dal Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell'Università della California. Da allora è stata utilizzata come base per altre pubblicazioni e ulteriori studi di ricerca.
L'obiettivo finale è la creazione di organi e tessuti umani stampati in 3D completamente funzionali da trapiantare. Tuttavia, per capire come funziona la stampa 3D criogenica, dobbiamo prima familiarizzare con le singole parti che la compongono.
Sicuramente sapete cosa significa "stampa". Nel 1455 Johann Gutenberg realizzò la prima stampante conosciuta. Egli diede il via al rinascimento dell'istruzione producendo libri in serie per la prima volta. Prima di questa invenzione, ogni libro doveva essere scritto a mano. Se si voleva una seconda copia, bisognava riscrivere lo stesso libro: inconcepibile per gli standard odierni.
La stampa 3D mira a estendere questa rivoluzione oltre il piano bidimensionale, rendendo possibile la stampa di qualsiasi oggetto 3D. Questo ha però i suoi limiti, che impediscono alle stampanti 3D di essere utilizzate per la produzione di massa. Attualmente vengono utilizzate per stampare oggetti specifici e difficili da produrre, come i prototipi di design. Possono anche stampare prodotti finali come gioielli, utensili, giocattoli, articoli di fantasia o persino protesi.
La stampa 3D è un processo additivo. Ciò significa che, a differenza dell'intaglio del legno o della maggior parte della lavorazione del metallo, l'oggetto desiderato viene costruito da zero e non ricavato da un oggetto esistente. I programmi informatici vengono utilizzati per indicare alla stampante cosa stampare. Con questi programmi, i progettisti possono creare modelli 3D digitali, o modelli CAD, che vengono poi inviati alla stampante 3D per la produzione. Autodesk Fusion 360, Autodesk AutoCAD, Ultimaker Cura, TinkerCAD e SketchUp sono tra i programmi più utilizzati al momento. Esistono diversi tipi di stampanti 3D, che utilizzano metodi (e materiali) diversi per creare gli oggetti 3D. Se volete una panoramica compatta di ciò che c'è sul mercato, date un'occhiata a questo video.
La bioprinting è una sottocategoria della stampa 3D che utilizza materiali biologici come cellule o biomateriali per fabbricare parti biomediche. A differenza dei materiali normalmente utilizzati per la stampa 3D, plastica o resina, i componenti biologici richiedono ulteriori passaggi per mantenere la loro forma (e funzione):
Prendiamo tutto ciò che abbiamo imparato finora e diamo un'occhiata a ciò che funziona e a ciò che non funziona.
Cosa funziona:
Cosa non lo fa:
Guardando questa lista di controllo, abbiamo già fatto molta strada. Tuttavia, gli ultimi passi si rivelano un grande ostacolo da superare. Le attuali tecnologie di bioprinting 3D non hanno la funzionalità necessaria per garantire la stabilità di formazioni biografiche complesse.
Ma aspettate, non c'è un campo scientifico che si occupa della stabilità e della conservazione (o meglio criopreservazione) delle strutture? Boris Rubinsky, ricercatore e professore alla UC Berkeley, e Michal Adamkiewicz hanno pensato esattamente la stessa cosa e hanno iniziato a sperimentare. Il loro risultato: La cosiddetta stampa 3D criogenica.
Nella stampa 3D criogenica il processo di bioprinting viene condotto con l'oggetto stampato in 3D costantemente immerso in un refrigerante liquido (azoto liquido). Questo refrigerante viene regolato in modo da essere sempre a livello dello strato più alto della stampa, consentendo un processo di congelamento molto preciso. Le temperature durante la procedura variano generalmente da -20°C a -25°C. Il gas CO2 viene iniettato rapidamente nella camera, consentendo di raggiungere elevate velocità di raffreddamento all'inizio del processo. La refrigerazione a compressione di vapore (VCR) assicura poi una rimozione sostenuta del calore per il resto della procedura.
I risultati finali sono strutture biografiche completamente stabilizzate (attraverso il congelamento) che presentano una probabilità significativamente maggiore di mantenere una forma lavorabile. Questo approccio si è dimostrato particolarmente efficace quando si tratta di creare impalcature, dimostrando il potenziale di criopreservazione.
La scienza ha ancora bisogno di tempo per risolvere tutti i problemi associati alla ricreazione delle funzioni biologiche umane. Tuttavia, stiamo facendo progressi costanti in molti campi di ricerca. Gli scienziati sono già riusciti a trapiantare una vescica completamente funzionale(molti anni fa) che funziona ancora oggi. Un giorno potremmo essere in grado di stamparci nuovi polmoni, un nuovo pancreas o persino un nuovo cuore, se necessario. La ricerca sulla criogenia e sul sito criopreservazione potrebbe potenzialmente aiutarci a sviluppare la tecnologia e a raggiungere questo obiettivo. Viceversa, i progressi nel campo del bioprinting potrebbero consentire di trattare gli organi dei pazienti in biostasi prima che vengano rianimati in futuro.
I due campi della scienza sperano di completarsi a vicenda con questi progressi medici. Se volete saperne di più sulla Biostasi, non esitate a fissare una telefonata con noi.
Fonte: M. Adamkiewicz, B. Rubinsky, Cryogenic 3D printing for tissue engineering, Cryobiology (2015), http://dx.doi.org/10.1016/j.cryobiol.2015.10.152
%20(1).webp)
.png)