Nove persone su cento sviluppano disturbi della voce nella loro vita. Cisti, polipi, noduli sulle corde vocali. L’intervento li rimuove, ma il prezzo è spesso alto: cicatrici che irrigidiscono i tessuti, voci che restano rauche per sempre. Gli idrogel aiuterebbero la guarigione, ma iniettarli con precisione nella gola è quasi impossibile.
Ora però c’è una soluzione: una bio stampante microscopica che entra nel laringoscopio e stampa il gel nella gola, esattamente dove serve. In sala operatoria, in tempo reale, senza bisturi aggiuntivi.
Un robot grande come un seme di sesamo
Il team della McGill University di Montreal ha costruito quello che definisce il più piccolo dispositivo di stampa biologica mai realizzato. Due millimetri e sette decimi di diametro. Abbastanza sottile da passare attraverso il canale operativo di un laringoscopio standard, quello che i chirurghi usano normalmente per guardare dentro la gola. Swen Groen, ingegnere biomedico che ha guidato lo sviluppo, ha lavorato tre anni per miniaturizzare un concetto che sembrava impossibile.
Il dispositivo si chiama MIISB (Minimally Invasive In-Situ Bioprinter) e funziona tipo un elefante in miniatura. La testina di stampa è attaccata a un “tronco” flessibile controllato da cavi sottili come tendini. Il chirurgo manovra il tutto manualmente, posizionando l’ugello con precisione millimetrica e depositando idrogel biocompatibile nei punti esatti dove il tessuto è stato rimosso. Le linee stampate hanno uno spessore di 1,2 millimetri e possono essere sovrapposte per ricostruire geometrie complesse.
Il mercato globale della bio stampa 3D raggiungerà 8,5 miliardi di dollari entro il 2035, secondo le proiezioni di Future Market Insights. I dispositivi per applicazioni ortopediche e di medicina rigenerativa stanno crescendo a un tasso del 19% annuo. La bio stampa per uso chirurgico diretto, come quella sviluppata da McGill, rappresenta uno dei segmenti più promettenti.
Il problema delle cicatrici alle corde vocali
Le corde vocali sono strutture delicate. Lunghe circa 1,5 centimetri, vibrano migliaia di volte al secondo per produrre la voce. Quando si formano cisti o polipi, l’intervento li rimuove con laser o microstrumenti. Ma quello che succede dopo è il vero problema. Tra il 5% e il 18% dei pazienti sviluppa fibrosi post-operatoria: tessuto cicatriziale che irrigidisce le pliche vocali e compromette la capacità di parlare normalmente.
Come vi scrivevo un po’ di tempo fa in un articolo sul bioprinting veloce, gli idrogel a base di acido ialuronico possono prevenire questo problema. Forniscono un’impalcatura morbida che sostiene la crescita di tessuto sano e riduce l’infiammazione. Il problema è sempre stato come metterli dentro con precisione. Le iniezioni dall’esterno, attraverso la pelle del collo, non raggiungono tutte le zone necessarie e spesso finiscono nei punti sbagliati.
Stampa in tempo reale durante l’operazione
La bio stampante di McGill, come detto, risolve il problema entrando direttamente nel campo operatorio. Il chirurgo esegue l’intervento normalmente con il microscopio sospeso, rimuove il tessuto danneggiato, poi prende il MIISB e ricostruisce la geometria delle corde vocali stampando l’idrogel strato dopo strato. Tutto senza spostare il paziente, senza ostruire la vista, senza incisioni aggiuntive.
Audrey Sedal, co-autrice dello studio, ha usato un paragone efficace:
“È tipo un tubo da giardino. Se hai mai visto cosa succede quando apri l’acqua in un tubo flessibile, sai che inizia a muoversi in modo imprevedibile. Questo dispositivo invece si comporta in modo prevedibile.”
Il segreto sta nel modello cinematico che traduce i comandi del chirurgo in movimenti coordinati dei cavi. Un algoritmo compensa la flessibilità intrinseca del sistema e garantisce che l’ugello finisca sempre dove deve.
I test su modelli anatomici usati per l’addestramento chirurgico hanno dimostrato che il dispositivo riesce a ricostruire cavità lasciate da lesioni, riempire difetti parziali e persino ricreare un’intera piega vocale mancante. La precisione di posizionamento è nell’ordine del decimo di millimetro. Non male per un robot controllato a mano che lavora in uno spazio largo quanto una moneta.
Dalla sala operatoria al corpo umano
Al momento il MIISB è un prototipo preclinico. Funziona, ma ha ancora limiti da superare. La rigidità della testina è calibrata per essere sicura (meglio troppo morbida che troppo dura), ma questo amplifica le vibrazioni durante l’estrusione del gel. Serve un controllo più fine. Poi c’è la variabilità tra diverse unità prodotte: ogni testina stampata ha caratteristiche leggermente diverse, e questo complica la standardizzazione.
Il prossimo passo, spiega Luc Mongeau che ha coordinato la ricerca, è testare gli idrogel su animali e verificare che la riparazione funzioni davvero nel tessuto vivente. Se i risultati saranno positivi, si passerà ai trial clinici sull’uomo. “Stiamo cercando di portare questo dispositivo in clinica”, ha dichiarato. Il team sta anche lavorando su una versione semi-autonoma che combini controllo manuale e guida automatica.
Dispositivi simili esistono già per altri organi. Ricercatori hanno sviluppato bio stampanti a ultrasuoni per creare idrogel nel colon e nel fegato, ma quelle sono troppo grandi per la gola.
La miniaturizzazione del MIISB apre la strada a interventi su tessuti ancora più delicati. Ibrahim Ozbolat, esperto di bioprinting alla Penn State University, ha commentato: “È la prima volta che vedo una bio stampante applicabile alle corde vocali.”
Oltre le corde vocali
L’idrogel usato nel dispositivo è stato sviluppato specificamente dal gruppo di Mongeau per questo tipo di chirurgia. Diventa meno viscoso sotto pressione, perfetto per passare attraverso un ugello da 1,2 millimetri. Una volta depositato, mantiene la forma e sostiene la crescita di nuovo tessuto. Il materiale non è ancora descritto in letteratura, ma fa parte di una famiglia di tecniche rigenerative che stanno cambiando la fonochirurgia.
La vera domanda è se il concetto possa estendersi ad altri tessuti. Una bio stampante che entra dal naso o dalla bocca potrebbe riparare danni in faringe, laringe, trachea. Con gli ugelli giusti e i bio-inchiostri appropriati, si potrebbero depositare anche cellule viventi, non solo gel. La strada verso organi stampati in situ è ancora lunga, ma questo dispositivo dimostra che la miniaturizzazione estrema sarà una realtà diffusa in futuro.
Il settore della bio stampa medica cresce del 13,9% all’anno e dovrebbe superare i 4,7 miliardi di dollari entro il 2033. I produttori di dispositivi medici rappresentano già il 47% del mercato. Strumenti come il MIISB potrebbero accelerare ulteriormente questa crescita, spostando la bio stampa dai laboratori alle sale operatorie.
Per ora, la bio stampante più piccola del mondo aspetta di dimostrare cosa sa fare su tessuto vivente. Se funzionerà, migliaia di persone potrebbero tornare a parlare normalmente dopo un intervento alle corde vocali. E magari, un giorno, qualcuno userà lo stesso principio per riparare altri organi dall’interno. Senza cicatrici, senza rigetto, senza aspettare un donatore.
Solo una stampante che entra, fa il suo lavoro, ed esce. Lasciando dietro tessuto nuovo al posto di quello vecchio.
