Beth Ripley corse lungo il corridoio verso il cardiologo con un cuore fresco in mano.
Mostrandolo a lui, lo prese e cominciò a girarlo, ispezionandolo e sondandolo. Il cardiologo riconobbe immediatamente che mesi di pianificazione dovevano essere messi da parte. Torna al tavolo da disegno.
Il cuore in questione era un modello 3D a grandezza naturale dell'attuale ticker della paziente, caldo di stampa al Brigham and Women's Hospital di Boston, nel Massachusetts. Ripley, un radiologo, insieme al radiologo Mike Steigner, aveva creato il modello per il team di cardiologia dopo che i modelli digitali si erano rivelati inefficaci per visualizzare l'approccio chirurgico. Una volta che il cardiologo ha messo le mani su un modello basato sui dati delle scansioni TC, il problema era chiaro come il giorno.
Solo guardando il modello, si è reso conto che l'approccio alla procedura avrebbe probabilmente dovuto passare da un cateterismo minimamente invasivo a un intervento chirurgico a cuore aperto. In effetti, la sua squadra aveva schivato una potenziale complicazione che era imprevedibile senza il modello fisico.
Ripley e Tatiana Kelil, un'altra radiologa di Brigham e Women's, fanno parte di un nuovo sforzo chiamato 3D Print For Health, iniziato solo cinque mesi fa. È un lavoro d'amore, condotto nel tempo libero nel tentativo di stimolare discussioni all'interno della comunità biomedica della stampa 3D. Stanno anche lavorando con diversi chirurghi e radiologi presso il Brigham and Women's Hospital, studiando come modelli 3D dettagliati delle vere anatomie dei pazienti possono aiutare a ridurre le complicanze da chirurgia e trattamento e anche migliorare la capacità dei pazienti di essere i loro migliori sostenitori.
"Volevamo creare un luogo in cui pazienti e ricercatori potessero condividere idee su come utilizzare al meglio la stampa 3D in medicina", afferma Ripley. "Nelle mani delle persone giuste, può essere uno strumento estremamente potente."
Scansione 3D di un cuore (Stampa 3D per la salute) 
Scansione 3D di un ictus nel cervello (Stampa 3D per la salute) 
Scansione 3D di un rene (3D Print For Health) Il team è motivato dai loro pazienti e dal desiderio di fare davvero la differenza per loro. A volte ciò significa aiutare il paziente a comprendere meglio la propria malattia o patologia; a volte aiuta un chirurgo a sviluppare un play-by-play strettamente coreografato per una procedura imminente.
"Abbiamo chiesto ai chirurghi cosa li ha tenuti svegli di notte", afferma Kelil. “Avevano bisogno di aiuto per visualizzare l'anatomia di un paziente o per comunicare una procedura a un paziente? Non vogliamo stampare un modello solo perché è stampabile, deve avere utilità. ”
Brigham and Women's non è la prima istituzione medica a utilizzare la stampa 3D in questo modo. Le aziende di forniture mediche utilizzano modelli anatomici stampati in 3D per progettare prototipi migliori di dispositivi, comprese valvole cardiache e protesi; il National Institutes of Health mantiene uno scambio di stampa in cui i modelli sono disponibili gratuitamente per il download. Ciò che rende diversi gli sforzi del Brigham and Women's Hospital è che stanno progettando e conducendo studi su come i modelli stampati pre-procedura fanno la differenza nel ridurre i tempi e le complicanze dell'intervento.
Il team si sta concentrando su due procedure in collaborazione con altri medici del Brigham and Women's Hospital: una sostituzione della valvola aortica minimamente invasiva e una resezione del tumore del rene assistito da robot in cui ogni secondo conta dopo il bloccaggio dei vasi. Avere un modello 3D dell'aorta di un paziente prima dell'intervento consente ai medici di scegliere una valvola che si adatti esattamente; per un rene, il modello offre ai chirurghi una migliore visualizzazione della posizione del tumore, riducendo al minimo i danni ai tessuti dovuti alla riduzione del flusso sanguigno all'organo durante l'intervento chirurgico.
"Con la sostituzione della valvola minimamente invasiva, gli interventisti non riescono ad aprire il torace e misurare fisicamente la valvola per assicurarsi che si adatti", dice Ripley. "Attualmente, l'unico modo per misurare è con un'immagine 2D, ma anche con le immagini migliori non è sempre facile."
Lavorando a stretto contatto con James Weaver e Ahmed Hosny, esperti di stampa 3D ad alta risoluzione presso il Wyss Institute for Biologically Inspired Institute dell'Università di Harvard, il team sta studiando in che modo i dati digitali si traducono in modelli fisici, oltre a come sfruttare al meglio scansioni esistenti per ridurre l'esposizione dei pazienti a radiazioni aggiuntive non necessarie.
I dentisti lo fanno da anni. Quando perdi la corona di un dente, fabbricano un sostituto; niente di meno che una perfetta aderenza può danneggiare i denti circostanti e l'osso sottostante. Con la stampa 3D, il team vede la medicina personalizzata decollare nel mainstream.
"Siamo davvero interessati a creare trattamenti specifici per il paziente", afferma Hosny. "Vogliamo creare la soluzione più adatta a te, e idealmente ciò significa prendere le misure, inviarle a un produttore di dispositivi medici e recuperare qualcosa che si adatti perfettamente a ciascun paziente."
E, il gruppo pensa che i modelli medici 3D abbiano applicazioni in disturbi comuni, non solo per procedure rare o complicate.
Beth Ripley (a sinistra) e Tatiana Kelil (a destra) spiegano il processo di stampa 3D di modelli anatomici ai partecipanti alla National Maker Faire lo scorso fine settimana a Washington, DC (3D Print For Health) 
(Stampa 3D per la salute) 
(Stampa 3D per la salute) 
(Stampa 3D per la salute) 
(Stampa 3D per la salute) 
(Stampa 3D per la salute) 
(Stampa 3D per la salute) 
Kelil (estrema sinistra) e Ripley (seconda da sinistra) sono stati raggiunti dai compagni di squadra James Weaver (seconda da destra) e Ahmed Hosny (estrema destra), dal Wyss Institute for Biologically Inspired Institute dell'Università di Harvard. (Stampa 3D per la salute) Hanno creato una serie di modelli che mostrano gli effetti dei "Top 10 Killers" per dimostrare come la stampa 3D sarebbe utile per affrontare malattie cardiovascolari, cancro, BPCO, traumi, ictus, Alzheimer, diabete, polmonite e influenza, malattie renali e suicidio . Alla recente National Maker Faire di Washington, DC, i partecipanti si sono mossi attorno al tavolo da esposizione, raccogliendo cervelli, piedi e cuori, mentre Ripley, Kelil, Hosny e Weaver si sono alternati spiegando il processo di produzione di modelli e i loro potenziali benefici per l'assistenza sanitaria.
Il team spera che i loro sforzi portino a un trattamento specifico per il paziente. Ad esempio, si riferiscono a Steven Keating, un ricercatore del MIT, a cui nel 2014 è stato diagnosticato un grosso tumore al cervello. Keating è stato attivo nel lavorare con Weaver e Hosny per visualizzare il tumore in 3D, mentre il suo chirurgo, Ennio Chiocca, ha chiesto loro di stampare una replica appositamente strutturata.
I modelli 3D sono stati incredibilmente utili nell'aiutare Keating a comprendere meglio la portata del tumore e hanno fornito potenti aiuti visivi per comunicare la sua diagnosi alla sua famiglia, agli amici e ai colleghi scienziati. La sua esperienza ha anche contribuito a sensibilizzare l'opinione pubblica sul potere educativo della stampa 3D biomedica.
Idealmente, il gruppo prevede che un paziente sia in grado di portare i dati di scansione da un medico e di avere un modello fatto di quell'organo o tessuto - per qualsiasi procedura. Al momento, la maggior parte dei piani assicurativi non copre i costi di produzione dei modelli, ma Kelil afferma che se continueremo a dimostrare le sue utilità nella diagnosi, nel trattamento e nella riduzione dei costi, ciò potrebbe cambiare nel prossimo futuro. Il cuore prodotto da Ripley costava circa $ 200 in materiali e manodopera.
Come minimo, se un paziente è interessato all'ottenimento di un modello stampato in 3D, dovrebbe richiedere immediatamente le immagini digitali, consiglia Ripley. Quelle immagini potrebbero tornare utili lungo la strada.
"I pazienti dovrebbero avere accesso ai propri dati", afferma Kelil. "È la loro anatomia."
Anche Joseph Madsen, professore associato di neurochirurgia presso la Harvard Medical School e direttore del programma di chirurgia dell'epilessia presso il Boston Children's Hospital, ha recentemente sfruttato un modello fisico del cervello di un paziente su cui operare. È stato in grado di eseguire un ciclo a secco dell'intervento, che è stata una complicata procedura di follow-up, sul modello.
"Non siamo ancora del tutto lì per un uso di routine in chirurgia, ma dobbiamo continuare a lavorarci ogni giorno", afferma Madsen. Pensa che ci vorrà del tempo prima che la pratica maturi.
Madsen ha una conoscenza particolare del mondo della modellazione 3D: come liceale, il suo primo consulente di laboratorio è stato uno studente laureato in informatica in Utah che stava sperimentando l'animazione al computer. All'epoca, nei primi anni '70, si trattava di un nuovo profondo uso della potenza di calcolo, in un'epoca in cui i computer erano ancora lenti colossi. Quasi due decenni dopo, il consigliere di Madsen, Ed Catmull, ha co-fondato Pixar Animation Studios.
"Ed aveva la visione di oggetti 3D che potevano essere utilizzati nell'intrattenimento e ci sono voluti ancora 20 anni tra quello e la produzione di Toy Story " , afferma Madsen. “L'importante è la visione di come verrà realizzata l'applicazione [della stampa 3D]. È quello che ci fai, come lo manipoli. Sono molto favorevole all'estensione della tecnologia, ma richiederà una valutazione e un'utilità molto ponderate da parte dei chirurghi. "
