I modelli

I modelli dello sterno artificiale sono unici e dipendono dalla anatomia ossea dei pazienti e dall'entità ed estensione del tumore o dell'infezione che ha colpito il paziente. 
Sono realizzati con una tecnologia di stampa 3D in titanio per la capacità del materiale di adattarsi ad una complessa geometria e design. Attraverso dati ad alta risoluzione, le squadre di medici ed ingegneri della Anatomics è in grado di creare una ricostruzione 3D della parete toracica e del tumore, permettendo ai chirurghi di pianificare con precisione margini di resezione.
La stampante funziona dirigendo un fascio di elettroni ad una base di titanio in polvere pronta da sciogliere. Questo processo di costruzione viene ripetuto, strato dopo strato, fino alla completa realizzazione del prodotto. La stampa 3D si è dimostrata particolarmente vantaggiosa rispetto ai tradizionali metodi di produzione, in particolare per applicazioni biomediche. Oltre ad essere personalizzabile, consente una prototipazione rapida, che può fare una grande differenza per pazienti in lista di attesa. 

Protesi impiantata in Spagna

Protesi impiantata a New York

Protesi impiantata in Cina

Team chirurgici in collaborazione

Il team chirurgico Britannico che nel 2017 ha operato Edward Evans rimuovendo il suo sterno in una complessa operazione si è rivolta alla CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation ) e alla Anatomics (partnerships & collaborations per lo sviluppo di nuovi dispositivi medici) per la realizzazione della protesi in titanio. Prima dell'operazione il chirurgo cardiotoracico Ehab Bishay e il suo team si sono rivolti alla Anatomics per dei consigli sul caso clinico, per cui l'azienda li ha messi in contatto con il Team si Salamanca, dove si era svolto nel 2015 l'impianto di una protesi molto simile. E' stata così possibile una collaborazione internazionale.

Ecco la testimonianza di Ehab Bishay:

We approached Anatomics initially, who put us into touch with the team from Salamanca to learn from their experience. It was a real multinational collaboration between surgical units as well as industry using the latest technology,” said cardiothoracic surgeon Ehab Bishay, who had heard of the titanium sternum 3D printed and successfully implanted in 2015. “Although cement is tried and tested we believe that custom built 3D printed titanium implants may have certain advantages which we are looking to show. Titanium is more resistant to infection, lightweight, tough, and since it exactly replicates the defect, it means that the operative time is reduced as it slots in. It should also offer a better cosmetic result.”

He continued, “…we made a number of refinements to the original implant used by the group in Spain. They had used a synthetic mesh behind the implant in the first operation, to reduce the chance of the lungs herniating between the titanium rods that replicated the ribs. Unfortunately that mesh became infected and they had to remove it during a second operation. Instead we asked Anatomics to coat these rods with porous polyethylene to add bulk so we did not have to use a mesh. This seemed to have worked with no signs of infection in Edward’s implant.”

Il chirurgo Ehab Bishay e il paziente Edward Evans

Abbecedario

A come Arcam model A1 EBM System

  

B come Biotecnologie



C come CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation)

D come Dimensioni (3D)



E come Elettronica

F come Futuro

G come Guarigione

La Signora Gu e il Dottor Wang Xiaoping

H come High tech



I come Ingegneria













L come Leggera

M come Medico

Dr. Wang Xiaoping 

N come New York

O come Operazione chirurgica

 

P come PoreStar



R come Ricerca



S come Sterno



T come Titanio




U come Unico

Realizzato  su misura in base alla conformazione ossea del paziente

V come Vincente













Z come Zelo

Le protesi artificiali da sostituire allo sterno di un paziente malato sono realizzate in titanio e pori in polietilene con tecnologia PoreStar da un'organizzazione Australiana, la CSIRO, mediante un processo di stampa 3D molto accurato e zelante con un macchinario chiamato Arcam model A1 EBM System.
La protesi è realizzata su misura in seguito a ricerche approfondite di biotecnologia, elettronica ed ingegneria, è quindi unica. L'osso malato è rimosso dai medici mediante una sega elettrica apposita per gli operazioni chirurgiche e sostituito con una protesi leggera e funzionale. Segue poi una lenta guarigione. Uno delle ultime procedure svolte è avvenuta a New York nel 2017.

Il processo di creazione

Ecco il processo utilizzato dalla CSIRO per la produzione dello sterno artificiale.

Video esplicativo riguardante l'operazione svoltasi a New York

A questo LINK si puo trovare un video molto esplicativo riguardo la procedura seguita a New York.

Sterno Artificiale impiantato a New York, prima protesi in tutti gli USA

Il 2 agosto 2017 un team chirurgico Americano ha rimpiazzato lo sterno e parte della cassa toracica di una donna  ventenne di New York, Penelope Heller, usando una stampante 3D e realizzando una protesi in titanio e pori in polietilene modificato.

É stato fondamentale anche in questo caso l' intervento della CSIRO e della Anatomica, che rivestono un ruolo fondamentale per la realizzazione dello sterno artificiale grazie ai loro macchinari all'avanguardia.

Questa operazione costituisce il primo trapianto di ossa con una protesi artificiale in tutti gli USA.

La paziente aveva una rara forma di tumore alle ossa.

Aveva già subito un'operazione nel 2014, quando le era stato rimosso il tumore ed era stato creata una struttura in off-the-shelf Gore-Tex (low-density porous polytetrafluoroethylene, or PTFE) e bone cement (methyl methacrylate, or MMC). 

Il cemento però continuava a provocare dolori e limitazioni nella vita, per cui i chirurghi del NewYork-Presbyterian Medical Center e il professore e chirurgo cardiotoracico del Weill Cornell,  hanno optato per questa nuova soluzione innovativa, dopo numerose ricerche riguardanti i casi precedenti (operazione a Salamanca, Gran Bretagna e Cina). 

Ecco il motivo per cui l'informazione continua riguardo alle procedure mediche é essenziale, sono scoperte continuamente nuove tecniche e nuovi materiali per ridurre dolori e problemi ai pazienti.


“Anatomics is humbled by the strength of the thousands of patients we have helped over 25 years since inventing BioModeling technology,” said Anatomics’ Executive Chairman Paul D’Urso, MBBS (Hons) Ph.D. FRACS. “The patient’s story is one of many, but what makes it truly remarkable is how the patient and her family, Dr. Port and the staff at NewYork-Presbyterian/Weill Cornell, Anatomics, and the FDA came together to make this story a reality. It was a group effort that began with the patient’s pursuit of information.”

Alcuni riferimenti Qui, Qui e Qui.

Video esplicativo

Lo sterno artificiale in una nota serie tv statunitense

Questa procedura é stata inserita anche in una nota serie tv: Grey's Anatomy, una serie televisiva statunitense trasmessa dal 2005 dalla American Broadcasting Company (ABC). È un medical drama incentrato sulla vita della dottoressa Meredith Grey, una tirocinante di chirurgia nell'immaginario Seattle Grace Hospital di Seattle. Il titolo di Grey's Anatomy gioca sull'omofonia fra il cognome della protagonista, Meredith Grey, e Henry Gray, autore del celebre manuale medico di anatomia Gray's Anatomy.
La puntata in cui é affrontato questo caso é: All i want is you, decima della dodicesima stagione. In questo episodio uno dei protagonisti, Alex, si trova alle prese con Maya, un'adolscente prodigio della medicina, che a seguito di un tumore ha bisogno di una sostituzione dello sterno. Lui propone delle placche in titanio, ma la ragazza le ritiene poco sicure e chiede un consulto a Callie e Maggie, primarie di Cardiochirurgia e Pediatria. Quando le dottoresse le propongono uno sterno in 3D, Maya è entusiasta, ma Alex ritiene la procedura pericolosa in quanto è ancora in fase sperimentale. Infatti cerca di convincere la madre di Maya a far ragionare la figlia, ma la donna vuole rispettare la decisione di Maya. L'operazione riesce anche se con qualche difficoltà.

Ecco il link della pagina dedicata alla puntata.

Brevetti molto importanti per queste procedure

Ecco due brevetti molto importanti, uno relativo a impianti in titanio, essenziali per le protesi ossee, e l'altro per la stampa 3D di ossa in campo medico.

Tali brevetti sono stati individuati sul sito Google Patents.

Link al sito ufficiale impianti in titanio.
Link al sito ufficiale stampa 3D.

Mappa concettuale

Materiali e forma

Al Salamanca University Hospital é stato realizzato un trapianto di sterno e costole, ancora piu complesso rispetto ai trapianti di sterno gia realizzati precedentemente. L’impianto è stato progettato e realizzato dalla società australiana di dispositivi medici, ‘Anatomics’, che ha utilizzato la funzione di stampa in 3D del CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation di Melbourne). L’ équipe chirurgica, guidata dal dottor José Aranda, del Salamanca University Hospital, ha fin da subito considerato l’intervento molto difficile a causa delle complesse geometrie coinvolte nella cavità toracica. “Abbiamo pensato alla possibilità di creare un nuovo tipo di impianto completamente personalizzato in modo da replicare scrupolosamente le strutture complesse dello sterno e delle costole”, ha detto il dottor Aranda. “Inoltre- ha poi aggiunto – abbiamo voluto fornire un’opzione più sicura per il nostro paziente e migliorare le fasi di recupero nel post-operatorio”. Dopo aver valutato la complessità dei requisiti, l’amministratore delegato della società Anatomics, Andrew Batty, ha sostenuto che la soluzione consisteva in una stampa 3D in titanio per la capacità del materiale di adattarsi ad una complessa geometria e design. Attraverso dati ad alta risoluzione, la squadra di medici ed ingegneri della Anatomics è riuscita a creare una ricostruzione 3D della parete toracica e del tumore, permettendo ai chirurghi di pianificare con precisione margini di resezione. “Da questo, siamo stati in grado di progettare un impianto con un nucleo sternale rigido con barre di titanio semi-flessibili in modo da realizzare costole protesiche unite allo sterno”, ha dichiarato Batty in una intervista.

La stampante in questione funziona dirigendo un fascio di elettroni ad una base di titanio in polvere pronta da sciogliere. Questo processo di costruzione viene ripetuto, strato dopo strato, fino alla completa realizzazione del prodotto. La stampa 3D, anche questa volta, si è dimostrata particolarmente vantaggiosa rispetto ai tradizionali metodi di produzione, in particolare per applicazioni biomediche. Oltre ad essere personalizzabile, consente una prototipazione rapida, che può fare una grande differenza per pazienti in lista di attesa. Una volta realizzata, la protesi, è stata inviata all’University Hospital di Salamanca dove è stata impiantata tempestivamente al paziente. L’operazione è stata un grande successo. “Grazie alla tecnologia di stampa 3D e un modello di resezione unica, siamo ora in grado di creare qualsiasi parte del corpo”, ha infine concluso il dottor Aranda.

Sterno Artificiale impiantato in Cina

Al Fourth Military Medical University di Xi'an, in Cina, i medici sono stati in grado di elaborare un metodo rivoluzionario per la cura della patologia della Signora Gu, una paziente con tumore allo sterno. Il professor Wang Xiaoping, ha collaborato con diversi altri medici e chirurghi optando per la totale rimozione dell'osso, intaccato irreparabilmente dal tumore, e la sua sostituzione con una replica esatta in titanio ckn una stampa 3D. Lo sterno era così devastato dal tumore che è stato impossibile prendere un’accurata scansione 3D del suo osso reale al fine di creare la replica in titanio. Per questo motivo i medici hanno raccolto  dati da altre donne della stessa altezza e peso, hanno poi combinato questi dati con altri che avrebbero potuto recuperare dalla paziente stessa, e hanno replicato l’osso.

Utilizzando i dati, il team chirurgico è stato in grado di  stampare in 3d una replica di plastica dello sterno in scala 1 a 1 con l’aiuto del professor Cao Tiesheng. Hanno usato questo modello  stampato in 3d per assicurarsi che tutto fosse corretto prima di stamparlo nel Laboratorio di solidificazione Processing, alla Northwestern Politecnica .

L’intervento ha avuto luogo il 22 giugno 2015, è durato circa 2,5 ore. Non ci sono state complicazioni ed è stato ritenuto un successo. Sia la paziente che  l’equipe medica sono molto soddisfatti dei risultati.

La Signora Gu

La Stampa parla del primo sterno realizzato con stampante 3D

Il primo sterno artificiale é stato realizzato a Melbourne in Australia con una tecnologia di stampa 3D, é stato riprodotto a tre dimensioni a partire da un modello digitale ed é stato impiantato su un malato di cancro in Spagna nel Settembre del 2015.
L'articolo completo é reperibile sul sito online de La Stampa o cliccando qui.

 Foto realizzata nel laboratorio specializzato della Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation
(CSIRO), un’agenzia federale governativa australiana.