Sta per partire per la Stazione Spaziale Internazionale una stampante 3D: questa attrezzatura permetterà agli astronauti di avere a disposizione pezzi di ricambio e utensili senza dover aspettare che arrivino dalla Terra. La Nasa ha pianificato il lancio che porterà il macchinario a bordo della Iss per il 19 settembre.
GRAVITÀ ZERO. Costruita dall’azienda americana Made in Space, la stampante 3D è stata concepita per funzionare in assenza di gravità e superare indenne le vibrazioni e le sollecitazioni che subirà al lancio e durante il volo per raggiungere la Stazione Spaziale Internazionale. Grande circa come un forno a microonde, realizza oggetti di ogni forma depositando strati di una plastica termosensibile che si modella quando raggiunge temperature di 225-250° C. In base alla grandezza e alla complessità dell’oggetto da produrre ci mette da 20 minuti a 2 ore.
Nel giro di qualche decennio le lunghe attese per i trapianti potrebbero essere solo un ricordo: gli organi "nuovi" da utilizzare in sostituzione di quelli danneggiati da malattie e incidenti verranno realizzati con speciali stampanti 3D direttamente nei laboratori degli ospedali, su misura per ogni paziente e senza problemi di compatibilità e rigetto.
Fantascienza? Probabilmente no (vedi Focus 251 - in digitale). Già oggi la tecnologia consente agli scienziati di stampare, anche se quasi sempre solo in via sperimentale, diversi organi umani o parti di essi. A costi contenuti e con macchinari che, in alcuni casi, potrebbero essere costruiti in casa da un un hobbysta di medio livello. Ecco quali.
Un bambino su 12.500 nasce affetto da microtia, una grave malformazione dell'orecchio esterno sulla quale oggi si interviene con la chirurgia tradizionale finalizzata alla ricostruzione della funzionalità e dell'estetica dell'organo.
I ricercatori della Cornell University hanno però messo a punto una metodologia che in poche settimane permette di avere a disposizione un orecchio nuovo di zecca pronto da essere impiantato nei piccoli pazienti.
L'organo viene disegnato al computer con un sistema CAD - lo stesso comunemente utilizzato nella progettazione industriale - e il modello, diviso in 7 parti, viene stampato con una stampante 3D. Il calco viene poi riempito con un gel a base di cartilagine ottenuta da bovini e topi. Nel giro di 3 mesi il tessuto avrà colonizzato interamente lo stampo e il nuovo orecchio sarà pronto per il trapianto.
Per saperne di più su questa tecnologia clicca qui.
Foto: © Foto: cortesia Cornell University
Messa a punto da un team di ricercatori della Washington State University, la stampa 3D delle ossa permette ogni anno a milioni di vittime di incidenti stradali di tornare a una vita normale.
I medici stampano l'impalcatura per l'osso artificiale utilizzando polvere di ceramica e lo stesso macchinario impiegato nell'industria meccanica per produrre le parti metalliche dei motori elettrici. Questa anima sintetica viene poi ricoperta con materiale plastico e cotta in un altoforno per circa 2 ore.
Una volta raffreddata, la struttura viene messa in coltura con cellule ossee umane che la colonizzano nel giro di 24 ore.
Questo procedimento permette di rimpiazzare ossa intere troppo rovinate per poter essere curate con i metodi tradizionali, ma anche parti più o meno grandi di un singolo osso. In questo caso una risonanza magnetica permette ai medici di avere l'esatta impronta della parte da ricostruire in modo da avere un'unione assolutamente perfetta tra l'osso del paziente e l'inserto artificiale.
La stampa 3D delle ossa di dinosauro
Foto: © Washington State University
Un team di scienziati del Wake Forest Institute for Regenerative Medicine ha messo a punto un'innovativa tecnica per produrre lembi di pelle da utilizzare nei trapianti.
La ferita del paziente, quella che verrà ricoperta dal tessuto artifciale, viene prima scansionata e mappata per identificarne con precisione forme e spessori.
La pelle sintetica viene quindi prodotta utilizzando una speciale stampante simile a una comune inkjet dotata di diversi ugelli: uno secerne l'enzima trombina, indispensabile per la coagulazione del sangue, l'altro un mix di collagene e fibrogeno, una proteina sintetizzata dal fegato.
Sopra questi elementi la stampante deposita quindi uno strato di tessuto connettivo umano e infine uno strato di cheratinociti, il tipo cellulare più abbondante nella pelle dell'uomo.
Gli scienziati stanno ora lavorando a una versione portatile della loro biostampante da utilizzare nei luoghi degli incidenti e sui campi di battaglia.
Le più belle nanosculture 3D
Che pelle hai? Scopri il tuo fototipo
Foto: © Wake Forest Institute for Regenerative Medicine
Vasi sanguigni e capillari possono essere prodotti artificialmente utilizzando una stampante a basso costo, zucchero e polimeri vegetali. Il procedimento è stato sviluppato da un team di scienziati del MIT e della Pennsylvania University.
I ricercatori hanno realizzato uno speciale software per il controllo delle stampanti RepRap, macchine open source (se volete costruirvene una qui trovate le istruzioni) a basso costo per la modellazione 3D. Grazie a questo programma hanno stampato una rete di filamenti di zucchero e li hanno ricoperti con un polimero sintetico ottenuto dal mais. Hanno poi rivestito il tutto con cellule tissutali.
Infine hanno lavato con acqua i minuscoli tubicini così ottenuti per scioglierne l'anima di zucchero.
Il prossimo passo degli scienziati sarà quello di mettere a punto una tecnologia per produrre vasi più grandi e robusti come vene e arterie, indispensabili per arrivare, in futuro, alla stampa 3D di interi organi.
La bistecca che si stampa nella padella
Foto: © University of Pennsylvania e MIT
La stampa 3D potrebbe, nel giro di qualche anno, dare nuova speranza alle migliaia di persone che, in tutto il mondo, attendono da tempo un trapianto di rene. La tecnologia, per ora allo stato embrionale, è stata messa a punto dal Wake Forest Institute For Regenerative Medicine.
Una biostampante 3D deposita diversi strati di cellule renali (prelevate dal paziente tramite biopsia e coltivate per farle moltiplicare) su uno stampo realizzato in materiale sintetico biodegradabile. Il tutto viene poi impiantato nel paziente: man mano che le cellule colonizzeranno lo stampo, questo si dissolverà fino a scomparire completamente.
Volete vedere come si stampa un rene? In questo video, tratto da una conferenza Ted, Anthony Atala, uno scienziato del Wake Forest Institute, racconta e mostra come funziona questa affascinante tecnologia.
Foto: © Wake Forest Institute For Regenerative Medicine.
ESPERIMENTO. Per valutare l’efficacia e la precisione di questa stampante 3D modificata per lo spazio, alcuni pezzi che verranno prodotti in orbita torneranno sul nostro pianeta e saranno confrontati con quelli creati nei laboratori terrestri. Secondo la Nasa, se l’esperimento avrà successo servirà ad abbassare i costi delle missioni: meglio qualche chilogrammo di inchiostro che centinaia di pezzi di ricambio da stivare a bordo delle navicelle spaziali.
Un team di ricercatori dell'Università di Vienna ha recentemente messo a punto un nuovo procedimento per realizzare, in pochi minuti, nanostrutture tridimensionali ad alto livello di precisione.
Se l'efficacia di questa tecnlogia sarà confermata, potremo presto dire addio alle nanostampanti 3D utilizzate fino ad oggi, che per ottenere risultati molto più approssimativi di quelli ottenuti dagli scienziati austriaci impiegavano fino a una settimana di tempo.
Le immagini che vi presentiamo in questa gallery, tutte nell'ordine di poche centinaia di micron (cioè milionesimi di metro) sono state realizzate al microscopio elettronico dai ricercatori dell'Università delle Tecnologie di Vienna per dimostrare la versatilità e la velocità del loro processo.
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Foto: © REUTERS/Vienna University of Technology/Handout
Gli attuali processi per la realizzazione di nanostrutture 3D sono lenti e costosi e utilizzano una tecnologia simile a quella delle stampa tridimensionale industriale: vengono cioè realizzate sovrapponendo uno all'altro diversi strati di materiale, fino ad ottenere la forma desiderata.
Jurgen Stampfl e i suoi colleghi hanno invece messo a punto una tecnica nota come “litografia a due fotoni” che utilizza brevi impulsi laser per far indurire una speciale resina fotosensibile.
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Foto: © REUTERS/Vienna University of Technology/Handout
Ecco come funziona. La resina è composta da monomeri che si possono legare uno all'altro per fomare polimeri.
La polimerizzazione avviene però solo quando due monomeri sono colpiti contemporaneamente da una coppia di fotoni: nella “stampante” di Stampfl la resina si indurisce solo nel punto di focalizzazione del laser, dove l'intensità della luce è abbastanza elevata. Questo consente a dispositivo di raggiungere livelli di precisione e velocità mai visti prima.
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Foto: © REUTERS/Vienna University of Technology/Handout
«La resina liquida contiene molecole che vengono attivate dalla luce del laser, le quali generano una reazione a catena che fa indurire i monomeri» spiega Jan Torgersen, uno degli scienziati.
L'elemento fondamentale del sistema è il punto di fuoco del raggio laser, che viene spostato nella resina mediante una serie di specchi mobili, e che lascia dietro di sé una scia di polimeri induriti dello spessore di poche centinaia di nanometri.
Foto: © REUTERS/Vienna University of Technology/Handout
«Questa tecnologia ci permetterà di raggiunere una velocità di stampa misurabile in metri al secondo, mentre oggi l'ordine di grandezza è quello dei millimetri» spiega Stampfl.
Il processo è frutto di un sapiente mix di competenze: non solo meccanica di precisione per muovere gli specchi del laser, ma anche la chimica, visto il ruolo chiave della nuova resina fotosensibile.
Foto: © REUTERS/Vienna University of Technology/Handout
Bello ma... a cosa serve? Le applicazioni pratiche di questa tecnologia sono tantissime e spaziano dall'industria alla medicina. I ricercatori stanno infatti lavorando su speciali resine bio-compatibili da impiegare per la coltivazione di tessuti biologici direttamente all'interno del corpo umano.
Foto: © REUTERS/Vienna University of Technology/Handout
