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Quando l'articolazione dell'anca esce dalla stampante

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Si tratta di protesi ad alta tecnologia, protesi che rilevano autonomamente le reazioni infiammatorie nel corpo, o sedili adattati individualmente per sedie a rotelle. Un Fraunhofer-Gesellschaft High-Performance Center tedesco-polacco sta ricercando nuove tecnologie per l'uso dei processi di stampa 3D, noti come tecnologia di produzione additiva, nella tecnologia medica.

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Per Fraunhofer-Gesellschaft, è uno dei due centri internazionali ad alte prestazioni lanciati a marzo che sono esplicitamente dedicati alla cooperazione interorganizzativa. Il Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS di Dresda e il Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU di Chemnitz sono coinvolti nel centro "Additive Technologies for Medicine and Health" (ATeM) sul lato tedesco. Cooperano con la Facoltà di Ingegneria Meccanica e il Centro per le Tecnologie Avanzate di Fabbricazione (CAMT) dell'Università di Scienza e Tecnologia di Wroclaw. Il Ministero federale tedesco per l'istruzione e la ricerca sta fornendo un sostegno finanziario per il progetto.

Le tecnologie additive offrono opportunità interessanti, in particolare per i produttori nel settore della tecnologia medica. La stampa 3D permette soluzioni individuali su misura per il paziente, nonché l'integrazione di nuove proprietà e funzionalità migliorate nei componenti. Questo di solito non è solo più conveniente rispetto ai processi convenzionali, ma permette anche di fornire nuove terapie e approcci di trattamento. Il centro ad alte prestazioni ATeM, fondato nel 2021, mira a trasformare la produzione additiva in uno strumento standard affermato nella tecnologia medica negli anni a venire. Alla fine di quest'anno, i partner del progetto hanno in programma di presentare i loro primi dimostratori.

Gli scienziati stanno attualmente studiando nuove aree di applicazione in diversi progetti individuali. Un progetto si sta concentrando sulle prospettive della stampa 3D in odontoiatria. "C'è un grande potenziale nell'uso di materiali innovativi e l'integrazione di funzionalità aggiuntive nelle protesi dentarie per aumentare il comfort del paziente", spiega il Prof. Dr. Frank Brückner, Technology Field Manager Additive Manufacturing and Printing al Fraunhofer IWS. La produzione additiva potrebbe consentire di stampare impianti molto più complessi immediatamente dopo una scansione 3D del cavo orale, riducendo così i tempi di attesa. I processi additivi potrebbero anche essere utilizzati, ad esempio, per combinare materiali metallici e plastici per una migliore estetica.

Un altro scenario di applicazione si concentra sui miglioramenti funzionali, come l'integrazione diretta di sensori nei componenti medici. Sensori sensibili nelle articolazioni del ginocchio o dell'anca prodotte in modo additivo potrebbero rilevare le reazioni infiammatorie dopo un intervento chirurgico reagendo a temperature più elevate o a biomarcatori alterati. In futuro, anche i sistemi lab-on-a-chip saranno stampati, permettendo la simulazione delle funzioni degli organi e dei processi nel corpo umano da visualizzare su un chip. Così, potrebbe diventare possibile studiare i prodotti farmaceutici senza il bisogno di test sugli animali.

In due progetti guidati dal Fraunhofer IWU, gli scienziati stanno attualmente studiando come le strutture 3D rinforzate con fibre possono essere stampate. "Possiamo ottenere un design di prodotto adatto ai carichi, ma anche molto leggero, utilizzando fibre rinforzate che introduciamo direttamente nella matrice plastica", spiega il Prof. Dr. Lothar Kroll, direttore scientifico Lightweight and Textile Technologies al Fraunhofer IWU. Per esempio, questo potrebbe essere usato per stampare impianti cranici utilizzando il polietereterchetone termoplastico biocompatibile (PEEK). I ricercatori stanno anche lavorando su sedili adattati individualmente per sedie a rotelle e ortesi ad alta resistenza.

Un Fraunhofer Project Center gestito dal Fraunhofer IWS e dal CAMT della TU Wroclaw è stato istituito nel 2008. "Siamo lieti che con il nuovo Centro ad alte prestazioni possiamo ora espandere ulteriormente gli effetti sinergici di questa collaborazione di successo", dice il Prof. Dr. Edward Chlebus, ex preside della facoltà di ingegneria meccanica della TU Wroclaw. Il modello dei Centri ad alte prestazioni, che è già stato testato per molti anni in Germania dalla Fraunhofer-Gesellschaft, è fortemente incentrato sul trasferimento di conoscenze e sulla cooperazione industriale. Ora sta anche fornendo un importante impulso interorganizzativo per rafforzare l'economia europea.

"Tutti i partner sono esperti nel campo della produzione additiva", sottolinea Robin Willner, scienziato del Fraunhofer IWS e direttore dell'ufficio del centro tedesco-polacco ad alte prestazioni. Aggiunge che la TU Wroclaw ha legami molto stretti con la facoltà di medicina lì. "Insieme, ora otteniamo un'eccellente visione di dove esistono le esigenze, dove le soluzioni non sono ancora state trovate e dove le tecnologie additive potrebbero creare un valore aggiunto nei settori medico e sanitario"

Già alla fine del terzo trimestre del 2021, i partecipanti al progetto prevedono di presentare i primi dimostratori per i singoli progetti. Questa rapida realizzazione è possibile perché le istituzioni partner hanno già creato le basi essenziali per la ricerca attuale in studi preliminari in passato. Le idee per nuovi prodotti e terapie mediche dovrebbero beneficiare i pazienti nel prossimo futuro attraverso collaborazioni industriali e possibili spin-off.