Dopo dieci anni di ricerca, la stampante 3D biologica prodotta dal Wake Forest Institute for Regenerative Medicine di Winston-Salem, North Carolina, è pronta. Si chiama ITOP (Integrated Tissue and Organ Printing System) e può creare "tessuti vivi" di ogni tipo che, per il momento, possono essere trapiantati negli animali. L'obiettivo è comunque quello di utilizzarla nelle operazioni di chirurgia sugli umani.
Cellule come inchiostro. L'articolo pubblicato su Nature Biotechnology spiega che la stampante utilizza, come "inchiostro", una soluzione di cellule in sospensione in un gel a base di acqua (idrogel). I tessuti e gli organi, prodotti a partire da uno stampo in materiale sintetico biodegradabile, sono composti da un reticolo di sottili canali attraverso i quali acqua, ossigeno e sostanze nutritive possono raggiungere le cellule trattenute nel gel. Man mano che le cellule colonizzeranno la "protesi" biodegradabile, questa si dissolverà fino a scomparire completamente.
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.
Esperimenti animali. Durante l'esperimento, sostenuto dallo US Armed Forces Institute per la medicina rigenerativa, gli scienziati del Wake Forest Institute hanno realizzato un frammento di osso di mascella e del tessuto muscolare, e hanno trapiantato un orecchio stampato in 3D su alcuni topi da laboratorio. Mentre già dopo ventiquattr'ore i primi vasi sanguigni hanno fatto la loro comparsa sull'organo impiantato, ci sono voluti due mesi prima che i ricercatori notassero la formazione di cartilagine.
«I risultati dimostrano che la combinazione di bio-inchiostro e micro-canali utilizzata costituisce l'ambiente giusto per mantenere in vita le cellule e stimolarne la crescita, insieme a quella dei tessuti», ha dichiarato Anthony Atala, direttore dell'Istituto: «Con ulteriori sviluppi, questa tecnologia potrebbe essere usata per stampare organi per trapianti umani».
Stampare un cellulare i cui tasti abbiano scolpite parole in liguaggio braille: anche questo è possibile grazie a questa tecnologia, impiegata dalla compagnia inglese OwnFone. Al momento dell'acquisto, sul sito, si può scegliere di assegnare a ogni tasto un’etichetta che richiami direttamente un numero o una funzione preferita, in modo da semplificare la vita di chi ha problemi di vista o l'ha persa del tutto.
Foto: © OwnFone
Stampare un cellulare i cui tasti abbiano scolpite parole in liguaggio braille: anche questo è possibile grazie a questa tecnologia, impiegata dalla compagnia inglese OwnFone. Al momento dell'acquisto, sul sito, si può scegliere di assegnare a ogni tasto un’etichetta che richiami direttamente un numero o una funzione preferita, in modo da semplificare la vita di chi ha problemi di vista o l'ha persa del tutto.
Foto: © OwnFone
Altra applicazione? Regalare un sogno a quei chitarristi che vorrebbero uno strumento che fosse, per forma e colore, un esemplare unico al mondo. Sogno che finora solo le celebrità potevano regalarsi, pagando un prezzo profumatissimo ai produttori di strumenti. Ora la società inglese Customuse lo offre a tutti: dal sito si sceglie tra una serie di possibili design, si impostano colori e via alla stampa, impiegando polvere di nylon. Il “corpo” della chitarra viene realizzato tutto d’un pezzo.
Foto: © Customuse
Poteva mancare l’automobile? Ovviamente no. Il primo modello - a detta del produttore - a essere stampato in 3D è questa: si chiama Local Motors Strati 3D, è stata costruita “dal vivo” all’ultima edizione dell’International Manufacturing Technology Show (IMTS). Il processo di stampa è durato 44 ore e, ovviamente, non ha riguardato il motore e le componenti portanti.
Foto: © Local Motors
Poteva mancare l’automobile? Ovviamente no. Il primo modello - a detta del produttore - a essere stampato in 3D è questa: si chiama Local Motors Strati 3D, è stata costruita “dal vivo” all’ultima edizione dell’International Manufacturing Technology Show (IMTS). Il processo di stampa è durato 44 ore e, ovviamente, non ha riguardato il motore e le componenti portanti.
Foto: © Local Motors
Poteva mancare l’automobile? Ovviamente no. Il primo modello - a detta del produttore - a essere stampato in 3D è questa: si chiama Local Motors Strati 3D, è stata costruita “dal vivo” all’ultima edizione dell’International Manufacturing Technology Show (IMTS). Il processo di stampa è durato 44 ore e, ovviamente, non ha riguardato il motore e le componenti portanti.
Foto: © Local Motors
Impiegare una megastampante 3D per costruire edifici. È l’idea di un americano di origine russa, Andrei Rudenko. che a scopo dimostrativo ha realizzato questo castello in miniatura. L’inchiostro impiegato è cemento, il tempo richiesto per la stampa circa due mesi. Le dimensioni? Mica tanto “in miniatura”: il corpo centrale del castello misura 3 metri per 5 ed è alto 3,5 metri. Prossima tappa: la costruzione di un palazzo di due piani!
Foto: © Andrey Rudenko
Impiegare una megastampante 3D per costruire edifici. È l’idea di un americano di origine russa, Andrei Rudenko. che a scopo dimostrativo ha realizzato questo castello in miniatura. L’inchiostro impiegato è cemento, il tempo richiesto per la stampa circa due mesi. Le dimensioni? Mica tanto “in miniatura”: il corpo centrale del castello misura 3 metri per 5 ed è alto 3,5 metri. Prossima tappa: la costruzione di un palazzo di due piani!
Foto: © Andrey Rudenko
Impiegare una megastampante 3D per costruire edifici. È l’idea di un americano di origine russa, Andrei Rudenko. che a scopo dimostrativo ha realizzato questo castello in miniatura. L’inchiostro impiegato è cemento, il tempo richiesto per la stampa circa due mesi. Le dimensioni? Mica tanto “in miniatura”: il corpo centrale del castello misura 3 metri per 5 ed è alto 3,5 metri. Prossima tappa: la costruzione di un palazzo di due piani!
Foto: © Andrey Rudenko
Il suo nome, Foodini, richiama il celebre illusionista. E in effetti quel che fanno queste stampanti si avvicina alla magia... A partire dagli ingredienti, stampano strato per strato o componente per componente, tutte le specialità che si desiderano: dalla pizza ai dessert, dai biscotti alla... frutta. L’effetto è (quasi sempre...) sorprendente!
Foto: © Natural Machines
Il suo nome, Foodini, richiama il celebre illusionista. E in effetti quel che fanno queste stampanti si avvicina alla magia... A partire dagli ingredienti, stampano strato per strato o componente per componente, tutte le specialità che si desiderano: dalla pizza ai dessert, dai biscotti alla... frutta. L’effetto è (quasi sempre...) sorprendente!
Foto: © Natural Machines
Il suo nome, Foodini, richiama il celebre illusionista. E in effetti quel che fanno queste stampanti si avvicina alla magia... A partire dagli ingredienti, stampano strato per strato o componente per componente, tutte le specialità che si desiderano: dalla pizza ai dessert, dai biscotti alla... frutta. L’effetto è (quasi sempre...) sorprendente!
Foto: © Natural Machines
La notizia viene dal MichiganTech, dove un gruppo di ricercatori ha progettato pompe-siringa da stampare in 3D. Sono dispositivi usati in campo medico, chimico ecc. per somministrare liquidi tenendo sotto controllo (con la massima precisione) quantità, tempi e altri fattori. In questo modo si potranno creare modelli su misura a seconda delle esigenze (spendendo molto meno).
Foto: © Michigan Tech
Perfino la Nasa mette a disposizione i suoi modelli 3D affinché, chi possiede già una sua stampante, possa costruirsi “copie” di satelliti, sonde, navette spaziali e asteroidi: per ora la agenzia spaziale più famosa del mondo ha reso disponibili una ventina di modelli, che si possono costruire per deposizione di filamenti in plastica. Tra questi, la stella Eta una delle più massicce e luminose finora conosciute.
Foto: © Nasa
Tra i campi dove la stampa 3D sta dimostrando le potenzialità più “utili”, uno è la costruzione di protesi su misura. Un esempio è la mandibola “stampata” a partire da polvere di titanio realizzata da un team di medici e tecnici provenienti da Olanda e Belgio: è la riproduzione dell’osso che, in un paziente di 83 anni, era stato distrutto da un’infezione. L’impianto ha mostrato ottimi risultati sia dal punto di vista funzionale sia da quello estetico.
Foto: © University of Hasselt
Tra i campi dove la stampa 3D sta dimostrando le potenzialità più “utili”, uno è la costruzione di protesi su misura. Un esempio è la mandibola “stampata” a partire da polvere di titanio realizzata da un team di medici e tecnici provenienti da Olanda e Belgio: è la riproduzione dell’osso che, in un paziente di 83 anni, era stato distrutto da un’infezione. L’impianto ha mostrato ottimi risultati sia dal punto di vista funzionale sia da quello estetico.
Foto: © University of Hasselt'
Un’impiego tanto originale quanto utile, viene dal produttore tedesco di auto Bmw. Stavolta la tecnologia è stata impiegata per realizzare un tutore da applicare al pollice, per alcuni operai dalla catena di montaggio che, a causa di un particolare movimento richiesto dalla loro attività, presentano un rischio elevato di sovraccaricare muscoli e articolazioni di questo dito. Il tutore, in materiale plastico, viene realizzato su misura per ogni operaio dopo una scansione 3D del pollice.
Foto: © BMW
Un’impiego tanto originale quanto utile, viene dal produttore tedesco di auto Bmw. Stavolta la tecnologia è stata impiegata per realizzare un tutore da applicare al pollice, per alcuni operai dalla catena di montaggio che, a causa di un particolare movimento richiesto dalla loro attività, presentano un rischio elevato di sovraccaricare muscoli e articolazioni di questo dito. Il tutore, in materiale plastico, viene realizzato su misura per ogni operaio dopo una scansione 3D del pollice.
Foto: © BMW
Ancora uno strumento musicale: il sax della società ODD, tutto stampato in 3D (per un totale di 41 componenti) con l’eccezione di viti e molle. Pesa circa mezzo chilo, un quarto di un suo “equivalente” tradizionale.
Foto: © ODD
Ancora uno strumento musicale: il sax della società ODD, tutto stampato in 3D (per un totale di 41 componenti) con l’eccezione di viti e molle. Pesa circa mezzo chilo, un quarto di un suo “equivalente” tradizionale.
Foto: © ODD
Turbine eoliche. Anche questo è stato fatto attraverso la stampa 3D: i protagonisti in questo caso sono gli innovatori di AirEnergy3D, che hanno pensato a una turbina a vento portatile , capace di generare energia fino a 300 W di potenza. Le caratteristiche di “portatilità” sono dovute proprio al particolare design (e il modo in cui è ottenuto): la turbina si smonta e si rimonta facilmente senza la necessità di impiegare attrezzi.
Foto: © AirEnergy3D
C’è chi pensa che questo sia anche il modo in cui, in futuro, si realizzeranno motori spaziali. Anzi, c’è chi lo fa già: la compagnia privata SpaceX ha di recente testato con successo un nuovo razzo nel quale un componente, la camera di combustione, è stato realizzato per stampa diretta a partire dalla polvere di una lega metallica.
Foto: © SpaceX
