La stampa 3D entra nel mondo dei dispositivi impiantabili

Siamo ormai abituati a leggere notizie riguardanti realizzazione di ossa, protesi, impianti dentali e tutori sfruttando questa tecnologia, testimonianza del fatto che sicuramente il settore medicale in genere è quello che sta traendo maggior beneficio e forza innovativa dall’avvento della stampa 3D. In effetti diversi sono i vantaggi dimostrati dalle numerose applicazioni messe a disposizione da questi nuovi strumenti tecnologici e di cui possono usufruirne non solo gli addetti al settore ma i pazienti stessi che possono avvalersi di dispositivi sempre piu personalizzati sia nella funzionalità che nell’estetica e ad un costo contenuto.

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Unendo la stampa 3D alla continua ricerca di nuovi biomateriali stampabili e ad una elettronica sempre piu’ miniaturizzata si è in grado anche di ottenere dei dispositivi impiantabili che tramite una serie di sensori permettono di monitorare le funzioni vitali direttamente dall’interno del nostro corpo.

E’ infatti recente la notizia di alcuni ricercatori dell’Università dell’Ontario che hanno sviluppato una soluzione impiantabile per monitorare lo stato del cuore realizzato con l’ausilio della stampa 3D.

Il sistema creato da Kyle G. Fricke, sotto la direzione del Dr. Robert Sobot é costituito da una serie di sensori impiantabili nella cavità cardiaca per monitorare pressione e volume del sistema cardiovascolare sfruttando una comunicazione wireless che permette di inviare i dati del paziente all’esterno del corpo.

Le dimensioni del dispositivo sono sorprendentemente piccole solo 2.475 cm3 con un peso di circa 4 grammi. Visto che i dati sono collezionati direttamente all’interno del corpo questo sistema fornisce delle indicazioni molto piu’ accurate rispetto ai metodi tradizionali di diagnostica. Di solito questi ultimi fanno uso di cateteri sensorizzati collegati direttamente ad un monitor esterno il che riduce i movimenti del medico e del paziente. Questo nuovo sistema, invece, grazie all’utilizzo di una trasmissione dei dati via wireless dà una maggiore libertà operativa.

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Sfruttando la tecnologia di stampa 3D, afferma Fricke, e utilizzando specifici biomateriali come policarboanto-ISO e alcune tipologie di metalli è possibile produrre dei sensori di ridotte dimensioni e adattabili allo scopo. L’unica parte che non puo’ essere stampata ad oggi è la batteria che deve essere connessa al sistema.

Di fatto l’architettura di questo impianto non è altro che un sistema di telemetria applicato alla medicina che deve soddisfare requisiti di basso consumo energetico, ridottissime dimensioni e biocompatibilità per essere facilmente impiantabile.

Il sistema completo si compone di due unità, una esterna ed una interna. L’unità esterna è designata alla raccolta dei dati trasmessi dall’unità interna ed è costituita in pratica da un PC. Per rendere l’unità esterna piu’ completa si può inserire un sistema ausiliario che permette di fornire energia al modulo interno. Il modulo PC comunica con l’unità interna via Wireless.

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L’unità interna costituisce di fatto la parte impiantabile ed è un piccolo sistema progettato ad hoc per catturare i dati provenienti dai biosensori utilizzando una scheda di interfaccia dedicata. I dati letti vengono poi trasmessi all’unità esterna per le elaborazioni necessarie.

L’unità impiantabile è costituita da quattro blocchi principali:

Blocco di Alimentazione che contiene tutta l’elettronica necessaria a gestire e fornire l’energia a tutti i moduli. Fa parte di questo blocco anche la batteria ricaricabile a ioni di litio;

Blocco di Elaborazione costituito principalmente da un microcontrollore che è l’hub di comunicazione principale tra l’elettronica che gestisce la parte di trasmissione a radiofrequenza, l’elettronica d’interfaccia e l’elettronica di potenza. Le principali funzioni di questo modulo sono acquisire i dati analogici in ingresso dai sensori, digitalizzarli e poi elaborare i dati per trasferirli tramite connessione wireless all’unità esterna;

Blocco di Trasmissione dati costituisce la parte a radiofrequenza del sistema, abilitando la trasmissione wireless con l’unità esterna attraverso un ricetrasmettitore ed un’ antenna integrata;

Blocco di interfaccia costituisce l’elettronica per collegare i cateteri medici per la telemetria. Ogni catetere è collegato al modulo di interfaccia direttamente con l’elettronica dedicata a tradurre in dati il segnale analogico grezzo proveniente dal sensore di volume o di pressione.

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Tutta l’elettronica è inserita in una capsula di materiale biocompatibile ottenibile anch’essa attraverso l’utilizzo di tecnologie di stampa 3D. Questo involucro include due connettori di accesso, uno per i cateteri dedicati alla parte sensoristica e uno dedicato all’antenna per la trasmissione dei dati. L’intero sistema è stato caratterizzato e testato in laboratorio attraverso delle procedure di simulazione e misura, e l’obiettivo futuro sarà sicuramente la sperimentazione e caratterizzazione in vivo e il raggiungimento di livelli di miniaturizzazione piu spinti.

5Sta di fatto che il contributo di Fricke alla ricerca in campo cardiovascolare si unisce agli sforzi di altri professionisti del settore che utilizzano la scansione 3D e la stampa 3D per aiutare nel trattamento e nella diagnosi delle malattie cardiache.

Grazie alle meraviglie della nanotecnologia che si unisce sinergicamente alle nuove tecnologie di stampa che coinvolgono sempre un numero crescente di materiali e applicazioni diverse, la fantascienza sembra stia diventando sempre di piu’ parte della realtà donandoci ogni giorno sorprendenti dispositivi piu flessibili, modulari e autonomi capaci di monitorare e scandagliare il nostro corpo dall’interno come delle astronavi alla scoperta dell’infinito universo costituito da noi stessi.

Orlando Rossi – Open BioMedical Initiative

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