Stampa 3D

Data di pubblicazione : 03 October 2024

Pubblicato da : Ipseeta Dash

La stampa 3D non è un concetto nuovo. Risale agli anni '80. Non solo ha rivoluzionato l'industria manifatturiera, ma ha avuto un impatto anche su altri settori come l'edilizia, i viaggi spaziali e l'assistenza sanitaria. In campo medico, la stampa 3D è ampiamente utilizzata da ortopedia, pediatria, radiologia, oncologia e altri reparti per la produzione di protesi, organi sostitutivi e apparecchiature mediche.

Che cosa è la stampa 3D? Come sta prendendo piede

Il settore sanitario è sotto attacco?

La stampa 3D è un metodo di produzione additiva in cui si segue un progetto digitale per creare un oggetto tridimensionale, strato per strato, utilizzando materiali quali metalli, plastica e ceramica.

Sebbene esistano aziende di stampa 3D che realizzano questi oggetti su larga scala, la produzione on-demand di prodotti medicali avviene presso il luogo di cura del paziente, in quella che viene definita produzione point-of-care. Questi prodotti vengono realizzati in base alle esigenze fisiche e personali del paziente. Sono più leggeri, resistenti e sicuri rispetto a quelli realizzati con metodi di produzione tradizionali. La loro produzione richiede meno tempo: ciò che prima richiedeva una settimana di produzione, ora richiede meno di un giorno.

Oggi, il numero di ospedali dotati di strutture di stampa 3D interne è in costante aumento. Negli Stati Uniti, il numero di ospedali è passato da 5.754 nel 2010 a 6.093 nel 2020, secondo le statistiche dell'American Hospital Association (AHA) (vedi Figura 1). Anche la FDA approva regolarmente i prodotti medicali realizzati con la tecnologia di stampa 3D.

Tecnologia di stampa 3D

Applicazioni, tendenze e sfide

Impianti e protesi

La stampa 3D in metallo aiuta a produrre impianti durevoli, con una migliore aderenza e prestazioni migliori per ginocchia, colonna vertebrale, fianchi e cranio.

Utilizzando la fusione a fascio di elettroni (EBM), il metallo viene fuso strato per strato con l'aiuto di un fascio di elettroni, producendo così impianti precisi. Questi impianti imitano la spugnosità del tessuto osseo normale, consentendone l'assimilazione nella struttura ossea. D'altra parte, le protesi oncologiche stampate in 3D sono ampiamente utilizzate dagli oncologi per costruire diverse parti del corpo umano che non sono più funzionali a causa degli effetti del cancro.

Le protesi sono disponibili ovunque in misure predefinite, ma personalizzarle con metodi tradizionali richiede migliaia di dollari e tempi lunghi. Questo ha ripercussioni sui bambini che, crescendo, hanno bisogno di parti di ricambio personalizzate.

Nel 2016, Lyman Connor ed Eduardo Salcedo hanno creato la protesi Mano-matic di Lyman, che offre protesi bioniche stampate in 3D ai pazienti che non possono permettersi le protesi tradizionali. Costano meno e richiedono tempi di produzione più rapidi.

Odontoiatria digitale

In odontoiatria, la stampa 3D viene utilizzata per la produzione di protesi dentarie, guide chirurgiche, modelli di ponti e allineatori invisibili. In precedenza, questi allineatori trasparenti venivano prodotti utilizzando una combinazione di processi manuali e di fresatura, che risultavano laboriosi. La tecnica di stampa 3D ha accelerato il processo, consentendo di realizzare stampi personalizzati a partire dalle scansioni digitali dei pazienti.

Secondo alcuni rapporti, il settore degli impianti dentali stampati in 3D dovrebbe raggiungere quasi 8,8 miliardi di dollari entro la fine del 2027, con oltre 450 milioni di dispositivi e restauri odontoiatrici prodotti ogni anno.

Modelli anatomici

Con l'aiuto delle stampanti 3D, gli specialisti possono produrre repliche esatte di parti del corpo umano utilizzando risonanze magnetiche e TC, come il pollice stampato in 3D, consentendo ai chirurghi di prepararsi in anticipo per interventi chirurgici complessi. Ad esempio, nel 2016, un bambino in Irlanda ha dovuto essere operato per migliorare la rotazione dell'avambraccio. TC e radiografie hanno mostrato una deformità ossea. Ma il chirurgo ha deciso di stampare un modello 3D della parte interessata per ulteriori indagini. Ha scoperto che c'era qualcos'altro che impediva la rotazione del braccio e non le ossa deformi, come mostrato dalle scansioni. Una volta scoperta la vera causa, l'operazione ha richiesto meno di 30 minuti per essere completata, invece delle 4 ore previste per l'osteotomia inizialmente. Il paziente è stato in grado di ottenere il 90% di rotazione delle braccia in 4 settimane. I tempi di recupero, il dolore e le cicatrici si sono ridotti notevolmente.

Un rapporto del 2020 ha confermato l'uso di modelli anatomici 3D come guide chirurgiche e ha affermato che ciò ha ridotto i tempi chirurgici di oltre 60 minuti, portandoli a 2,5 ore, con un conseguente risparmio di circa 3.500 dollari per intervento.

Dispositivi medici

La stragrande maggioranza delle 50 principali aziende produttrici di dispositivi medici utilizza la stampa 3D per generare prototipi accurati di dispositivi medici. Questa tecnologia sta svolgendo un ruolo fondamentale nella rapida distribuzione di apparecchiature mediche, superando così i problemi della catena di approvvigionamento.

Strumenti chirurgici come manici di bisturi, pinze e pinzette vengono stampati in 3D utilizzando materie prime come acciaio inossidabile, nylon, leghe di titanio o nichel, in base alle esigenze del chirurgo. Questi strumenti aiutano i medici a eseguire interventi chirurgici migliori e più efficienti.

Endocon GmbH, produttore tedesco di dispositivi medici, utilizza una stampante 3D in metallo per creare strumenti chirurgici per la rimozione della coppa acetabolare. In precedenza, questa procedura veniva eseguita utilizzando uno scalpello, che poteva danneggiare tessuti e ossa. EndoCupcut di Endocon, uno strumento in lega di acciaio inossidabile, è in grado di tagliare lungo la coppa acetabolare in tre minuti con maggiore precisione.

Nella lotta contro la pandemia di Covid-19

È stato osservato un utilizzo significativo della stampa 3D per la produzione di diversi dispositivi medici monouso. Utilizzando la tecnologia di stampa 3D e l'impiego di materie plastiche medicali, sono stati realizzati diversi prodotti destinati sia agli operatori sanitari che ai pazienti (vedere Figura 2). Il mercato della stampa 3D sanitaria è cresciuto drasticamente durante la pandemia globale, a causa dell'intensa pressione esercitata sulle strutture sanitarie affinché distribuissero rapidamente dispositivi di protezione individuale (DPI) e dispositivi medici.

Un team dell'Oregon Health & Science University ha risposto alla carenza mondiale di ventilatori polmonari sviluppandone di economici, che potevano essere prodotti rapidamente utilizzando la tecnologia di stampa 3D.

Medicina rigenerativa

In tutto il mondo, il numero di pazienti che necessitano di organi è in aumento, mentre vi è una carenza di organi disponibili. La medicina rigenerativa mira a creare organi per i trapianti utilizzando scaffold, biomateriali o cellule, riducendo la dipendenza dai donatori.

Nel 2019, gli scienziati dell'Università di Tel Aviv hanno creato il primo cuore 3D utilizzando materiali biologici di un paziente. La minuscola replica aveva le dimensioni del cuore di un coniglio. Ritengono che la stessa tecnologia possa essere utilizzata per creare cuori umani più grandi.

Sebbene siano ancora molti gli ostacoli da superare per la biostampa 3D e il trapianto di organi complessi come il cuore o il fegato, organi come la vescica sono stati sviluppati e trapiantati fin dall'inizio del XXI secolo.

Medicina di precisione

Le stampanti 3D presenti in farmacie e ospedali consentono a farmacisti, medici e infermieri di somministrare la dose e il sistema di somministrazione dei farmaci in base al peso, all'età, allo stile di vita e al sesso del paziente. Spritam di Aprecia Pharmaceuticals, un farmaco per il trattamento dell'epilessia, è il primo farmaco stampato in 3D approvato dalla FDA.

I pazienti con diverse patologie devono assumere più farmaci in orari diversi della giornata, il che può rendere difficile rispettare un programma. Le polipillole stampate in 3D contengono numerosi compartimenti farmacologici e profili di rilascio e possono gestire diversi dosaggi e interazioni tra farmaci, eliminando la necessità di una programmazione e di un monitoraggio rigoroso.

Ricerca e sviluppo semplificata, eliminando la necessità di test sugli animali

L'industria farmaceutica spende oltre 55 miliardi di dollari ogni anno in ricerca e sviluppo. Grazie alla biostampa, i ricercatori possono replicare organi e altre parti del corpo umano per testare l'efficacia di un farmaco senza dover sperimentare su animali o sul corpo umano. I tessuti e gli organi biostampati sono ampiamente utilizzati per aumentare il tasso di successo degli studi clinici, riducendo i danni causati agli animali e semplificando e accelerando l'intero processo di ricerca e sviluppo.

Intelligenza artificiale nella stampa 3D

L'integrazione dell'intelligenza artificiale nella stampa 3D sta rivoluzionando radicalmente il modo in cui le aziende gestiscono le attività produttive. Dalla progettazione e sviluppo del prodotto alla sua produzione e utilizzo, la tecnologia AI può ottimizzare l'intera supply chain. Automatizzando il processo di stampa, l'AI può ridurre al minimo la possibilità di errori umani.

Ruolo della FDA nella regolamentazione

Tecnologia di stampa 3D in ambito sanitario

La Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti regolamenta i prodotti realizzati con la stampa 3D, e non le stampanti 3D stesse. La portata normativa dipende dal tipo di prodotto stampato con i diversi tipi di materiali (vedere Figura 3), dal suo utilizzo e dai rischi per la sicurezza associati.

La stampa 3D pone sfide di supervisione a causa della produzione decentralizzata di prodotti personalizzati, come gli impianti medici stampati in 3D, da parte di organizzazioni o individui che potrebbero avere una conoscenza limitata delle normative FDA. La FDA si impegna a fondo per garantire che i produttori rispettino pratiche di produzione etiche e che i prodotti soddisfino gli standard di sicurezza. Tuttavia, quando la stampa 3D viene eseguita presso il punto di cura, la supervisione può essere complessa.

Sfide di rimborso

Un impianto spinale stampato in 3D approvato dalla FDA potrebbe essere idoneo al rimborso, ma i modelli 3D dell'anatomia di un paziente stampati prima dell'intervento potrebbero non esserlo. Questa mancanza di rimborso può rappresentare un ostacolo significativo per gli ospedali che intendono istituire laboratori di stampa 3D. Fortunatamente, le organizzazioni sanitarie si stanno impegnando per cambiare lo status quo. L'American Medical Association (AMA) ha recentemente approvato quattro codici di Terminologia Procedurale Corrente (CPT) di Categoria III che disciplinano il rimborso per modelli anatomici stampati in 3D e strumenti di taglio o perforazione personalizzati stampati in 3D.

Le prospettive globali per la stampa 3D

Tecnologia nell'assistenza sanitaria

Si prevede che la crescita della stampa 3D nel mercato sanitario sarà trainata dalla crescente domanda di impianti e protesi in tutto il mondo e dalla crescente esigenza da parte degli operatori sanitari di ridurre i costi dei servizi sanitari (vedere Figura 4). Con gli sviluppatori che creano prodotti su richiesta, i livelli di inventario diminuiranno drasticamente. Ad esempio, gli ospedali statunitensi generano oltre 2,2 milioni di tonnellate di rifiuti sanitari ogni anno. Gran parte di questi "rifiuti" è costituita da forniture e attrezzature mediche inutilizzate. A volte questi prodotti medici perfettamente utilizzabili non vengono nemmeno estratti dalla confezione prima di essere sostituiti da modelli più recenti.

La regione Asia-Pacifico sta compiendo enormi progressi nel mercato della stampa 3D. Si prevede che nei prossimi due anni investirà oltre 3,5 miliardi di dollari nella stampa 3D e crescerà al tasso più alto del 18,5%, rispetto al Nord America e all'Europa. Fino a poco tempo fa, la regione era riluttante ad adottare completamente la stampa 3D, ma il crescente interesse per questa tecnologia da parte delle aziende manifatturiere e il lancio di numerose strategie e politiche da parte dei governi hanno spinto diversi paesi della regione a creare un habitat favorevole alla crescita della stampa 3D.

La Cina è leader nella stampa 3D tra i paesi asiatici. Il suo mercato valeva 1,75 miliardi di dollari nel 2018. Oltre alla Cina, anche la Corea del Sud sembra essere un mercato enorme per la stampa 3D. C'è ancora molto potenziale inutilizzato per l'adozione e la crescita su larga scala della stampa 3D nella regione Asia-Pacifico.

CAGR dei diversi mercati associati alla stampa 3D in

Assistenza sanitaria nel periodo 2023-2035

Il futuro della stampa 3D

Tecnologia nell'assistenza sanitaria

Si prevede che la stereolitografia desktop consentirà ai professionisti del settore medico di sviluppare nuovi dispositivi e prodotti precisi e convenienti per fornire un'assistenza sanitaria equa in tutto il mondo.

Con i progressi nelle tecnologie di stampa 3D e la disponibilità di diversi tipi di materiali di stampa 3D, l'assistenza sanitaria sarà più personalizzata e sofisticata. La stampa 3D apre una finestra di opportunità per l'innovazione in ambito sanitario, ma per sfruttare appieno i vantaggi della tecnologia, sarà necessario affrontare le sfide legate a rimborsi, normative e sicurezza.

La stampa 3D sarà una delle tecnologie chiave che, nel lungo periodo, determinerà una trasformazione entusiasmante e utile dell'attuale sistema sanitario.