Recensione dei recenti progressi nella stampa robotizzata di impianti chirurgici che favoriscono la rigenerazione della cartilagine.

22 giugno 2023 feature

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di Ingrid Fadelli, Tech Xplore

Nel corso della vita, alcuni esseri umani possono perdere parzialmente o completamente la capacità di muovere gli arti a causa dei danni alle cartilagini, i tessuti connettivi flessibili che ammortizzano le ossa. Ciò può essere dovuto a malattie degenerative, come l'osteoartrite, o a lesioni fisiche.

Il danno alla cartilagine può causare un dolore significativo e una disabilità, influenzando negativamente la qualità della vita dei soggetti interessati. Le procedure chirurgiche esistenti progettate per riparare questi danni o ridurne l'impatto di solito otteniamo risultati limitati, con i pazienti che riportano pochi benefici e nessun o poco effetto a lungo termine.

Pertanto, i ricercatori medici ed ingegneri stanno cercando di ideare nuove terapie alternative mirate a riparare i danni alle cartilagini in modo più efficace. Negli ultimi anni, la bio-stampa 3D, che si basa su stampanti avanzate per creare sistemi biochimici e biofisici tridimensionali, è emersa come una soluzione promettente per creare sistemi in grado di promuovere la rigenerazione dei tessuti.

I ricercatori dell'Università di Manchester, della Nanyang Technological University e di altre università di tutto il mondo hanno recentemente esaminato recenti lavori mirati all'uso della biostampa per ingegnerizzare la riparazione del tessuto cartilagineo. Il loro articolo di revisione, pubblicato nell'International Journal of Extreme Manufacturing, evidenzia sia i potenziali vantaggi che i limiti di questa soluzione emergente.

"La bio-stampa 3D è stata utilizzata per fabbricare ambienti biochimici e biofisici che mirano a ricostruire il microambiente nativo e promuovere la rigenerazione dei tessuti", hanno scritto Yaxin Wang, Ruben Pereira e i loro colleghi nel loro articolo. "Tuttavia, la biostampa in vitro convenzionale ha limitazioni a causa delle sfide associate alla fabbricazione e all'impianto dei costrutti stampati e all'integrazione con il tessuto cartilagineo nativo."

Inizialmente, i ricercatori hanno cercato di utilizzare la tecnologia di biostampa 3D per creare sistemi che potessero essere successivamente impiantati all'interno dei corpi umani, replicando la funzione dei sistemi biologici e promuovendo la rigenerazione del tessuto cartilagineo danneggiato. Questi approcci, noti come approcci in vitro, possono avere significative limitazioni, poiché i sistemi creati possono essere difficili da impiantare o potrebbero non essere ben accettati dal corpo dei pazienti, integrandosi malamente con la loro cartilagine biologica.

Alcune squadre stanno recentemente esplorando il potenziale di un approccio alternativo, noto come biostampa in situ, che potrebbe potenzialmente aggirare questi problemi. Nel loro articolo di revisione, Wang, Perreira e i loro colleghi hanno riassunto i lavori esistenti che valutano questo approccio, in particolare le sue implementazioni utilizzando strumenti robotici.

"La biostampa in situ è una nuova strategia per fornire direttamente inchiostri biologici al sito anatomico desiderato e ha il potenziale per superare le principali limitazioni associate alla biostampa convenzionale", hanno scritto i ricercatori. "In questa revisione, ci concentriamo sulla nuova frontiera dei sistemi chirurgici robotici assistiti dalla biostampa in situ per la rigenerazione della cartilagine."

Wang, Perreira e i loro colleghi esaminano diversi approcci proposti di biostampa in situ assistiti da robot, alcuni dei quali sono minimamente invasivi e altri non invasivi. In quanto le chirurgie aperte possono avere significative complicanze, questi approcci sarebbero particolarmente desiderabili, anche se sono ancora ai primi stadi di sviluppo.

Nell'esaminare gli sforzi precedenti in questo settore, hanno scoperto che l'uso di ugelli di stampa rigidi o semirigidi potrebbe aumentare notevolmente la complessità di queste procedure, quindi i sistemi robotici flessibili con elevati gradi di libertà potrebbero essere una preziosa alternativa. Alcuni ricercatori hanno anche cercato di ideare approcci che si basano sulla tecnologia digitale a infrarossi vicini per stampare strutture simili alle orecchie direttamente sul corpo del paziente, anche se questo approccio è molto più difficile, se non impossibile, da implementare all'interno del corpo.

Altri approcci proposti in situ per promuovere la rigenerazione della cartilagine si basano sull'uso di piccoli robot che possono entrare nel corpo senza danneggiarlo, eseguendo procedure desiderate. Questi robot potrebbero, ad esempio, fornire cellule staminali o sostanze nei siti lesionati all'interno del corpo, ma potrebbero anche essere integrati con strumenti di biostampa 3D, per stampare direttamente sistemi biologici in regioni mirate.

While all these approaches could be promising, several challenges will need to be overcome and many trials will need to be carried out before they can be tested on humans and introduced in clinical settings. The recent paper by Wang, Perreira and his colleagues offers a broad overview of the stage at which these promising strategies are today, while also highlighting areas ways in which they could be developed further in the future.

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