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Advanced Laboratory Phantoms for Soft Tissues in Engineering and Medicine: ALPHA-STEM

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Nuovi materiali sintetici aprono la porta a modelli di formazione chirurgica migliori

Oltre la metà di tutti gli eventi chirurgici avversi sono il risultato di un errore umano. In altri termini, avrebbero potuto essere prevenuti. Ma come? Secondo un ricercatore, la risposta è… pratica, pratica, pratica.

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La ricerca indica che la percentuale di successo in molti tipi di interventi chirurgici è strettamente correlata all’esperienza del chirurgo. Il problema è che i tirocinanti in chirurgia non hanno l’opportunità di operare su un numero sufficiente di pazienti o di eseguire un insieme esaustivo di procedure. «I metodi attuali per la formazione chirurgica sono afflitti da limitazioni, tra i quali un numero limitato di cadaveri e il fatto che i campioni animali non hanno la stessa anatomia degli esseri umani», afferma Antonio Elia Forte, professore assistente presso il King’s College London. «Ci si interroga anche su quanto rapidamente l’esperienza acquisita dall’uso di questi modelli possa essere trasferita nella vera sala operatoria.» Una possibile soluzione è l’utilizzo di phantom, modelli 3D sintetici artificiali di parti e organi umani. Secondo Forte, il vantaggio dei phantom è che consentono al tirocinante di esercitarsi nel posizionamento di strutture anatomiche, oltre a migliorare la coordinazione della mano. Lo svantaggio, tuttavia, è che mancano di un riscontro tattile affidabile, quale la palpazione, e di modelli reali di deformazione dei tessuti, entrambi fattori che riducono l’esattezza della formazione. Tramite il supporto del progetto ALPHA-STEM, finanziato dall’UE, Forte si sta impegnando per promuovere l’uso dei phantom. «Il nostro obiettivo è progettare, sviluppare e testare nuovi materiali sintetici in grado di replicare il comportamento meccanico di diversi organi e tessuti umani da utilizzare in modelli anatomici 3D», precisa Forte.

Progressi nei metamateriali meccanici

Il progetto ha fatto diversi importanti progressi nella conoscenza fondamentale dei metamateriali meccanici. Come spiega Forte, si tratta di materiali ingegnerizzati le cui proprietà meccaniche sono dettate dalla struttura piuttosto che dalle loro caratteristiche chimiche. Alcuni esempi includono classi di materiali come tassellazioni architettoniche e motivi origami e kirigami, insieme a motivi chirali e arabi. Uno dei punti salienti del progetto, che ha ricevuto il supporto del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, è stato lo sviluppo di un metamateriale kirigami gonfiabile, essenzialmente un foglio kirigami incorporato in un morbido polimero gonfiabile. «Modificando i parametri geometrici della tassellazione del kirigami, il materiale può essere gonfiato per creare forme diverse», spiega Forte. «Il materiale è attualmente in fase di studio come possibile candidato per la produzione di phantom polmonari dinamici in grado di riprodurre il ciclo respiratorio.» Il lavoro svolto da Forte con il metamateriale kirigami non solo è stato presentato in «Advanced Materials», una delle riviste più importanti di scienza dei materiali, ma è anche stato scelto come copertina.

Spianare la strada a interventi chirurgici più sicuri

Aprendo la strada a modelli di formazione chirurgica migliori, il progetto ALPHA-STEM ha contribuito a spianare la via verso interventi chirurgici più sicuri. «Questo progetto ha aggiunto una parte considerevole di conoscenze fondamentali sul funzionamento dei materiali ingegnerizzati e su come possiamo utilizzarli per migliorare la formazione chirurgica e gli interventi chirurgici stessi», afferma Forte. Il progetto ha anche contribuito a far avanzare la carriera di Forte. «Ho potuto svolgere il mio lavoro presso l’Università di Harvard e il Politecnico di Milano, e lavorare con ricercatori di prim’ordine», aggiunge. «Questa esperienza mi ha arricchito in modo smisurato e sarò per sempre grato all’UE per l’immensa opportunità ricevuta.»

Parole chiave

ALPHA-STEM, materiali sintetici, modelli di formazione chirurgica, interventi chirurgici, phantom, modelli anatomici 3D, metamateriali meccanici, kirigami, scienza dei materiali

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