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A stent that can be squeezed to half its width and spring back without cracking is what a catheter needs to carry it into a narrow vessel. In a lab in Madrid, the team at IMDEA Materials Institute and Universidad Politécnica de Madrid (UPM) has printed such stents as braids, in one single production step. The work was led with researchers from the Massachusetts Institute of Technology (MIT) and the University of Galway, and the method is patented.
Uno stent che può essere schiacciato fino alla metà della sua larghezza e tornare alla forma originale senza creparsi è ciò che serve a un catetere per portarlo in un vaso stretto. In un laboratorio di Madrid, il team dell'IMDEA Materials Institute e dell'Università Politecnica di Madrid (UPM) ha stampato questi stent a forma di trama intrecciata, in un'unica fase di produzione. Il lavoro è stato condotto insieme a ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) e dell'Università di Galway, e il metodo è brevettato.
The problem they address is geometric. Most metal medical devices made by additive manufacturing, the industrial name for 3D printing, use lattices: repeating networks of rigid struts. Compressed, these lattices become excessively stiff, press hard on artery walls, and can fracture at strains approaching 25%. The braided design instead lets its interwoven filaments slide and reorient, as a textile mesh does. As Carlos Aguilar Vega, one of the study's authors, put it, lattices made with conventional additive techniques cannot reach the reversible deformation that catheter procedures require, while braids "can readily accommodate the large deformations required while maintaining both structural integrity and elastic recovery."
Il problema affrontato è di natura geometrica. La maggior parte dei dispositivi medici metallici realizzati con la produzione additiva, il nome industriale della stampa 3D, usa reticoli: reti ripetute di elementi rigidi. Compressi, questi reticoli diventano eccessivamente rigidi, premono con forza sulle pareti delle arterie e possono rompersi con deformazioni vicine al 25%. Il disegno intrecciato, invece, consente ai filamenti interconnessi di scorrere e riorientarsi, come fa una rete tessile. Come ha spiegato Carlos Aguilar Vega, uno degli autori dello studio, i reticoli realizzati con le tecniche additive convenzionali non riescono a raggiungere la deformazione reversibile richiesta dalle procedure con catetere, mentre le strutture intrecciate «possono facilmente sopportare le grandi deformazioni richieste, mantenendo sia l'integrità strutturale sia il recupero elastico».
A printed part is not yet ready for a body. A chemical etching and electropolishing treatment smooths it to a biomedical-grade finish, and it also thins the fibers: fiber thickness fell by 47.7% and cross-sectional area by 71.1% compared with the as-printed structures. After that step, the braided stents withstood compression of up to 50% of their original diameter while keeping more than 90% elastic recovery. Their chronic outward force, the steady push they exert on the vessel wall, was up to five times lower than in conventional lattices, which the researchers link to a lower risk of vascular injury and thrombosis, meaning clot formation.
Un pezzo appena stampato non è ancora pronto per il corpo umano. Un trattamento di incisione chimica ed elettrolucidatura lo leviga fino a una finitura di grado biomedicale, ma assottiglia anche le fibre: lo spessore delle fibre è diminuito del 47,7% e l'area della sezione trasversale del 71,1% rispetto alle strutture appena stampate. Dopo questa fase, gli stent intrecciati hanno resistito a una compressione fino al 50% del diametro originale, mantenendo un recupero elastico superiore al 90%. La loro forza di spinta cronica verso l'esterno, cioè la pressione costante che esercitano sulla parete del vaso, era fino a cinque volte inferiore rispetto ai reticoli convenzionali, un dato che i ricercatori collegano a un minor rischio di lesioni vascolari e di trombosi, ossia la formazione di coaguli.
For a patient, the practical promise is custom-fitted devices. The researchers also show prototypes shaped for a fenestrated bifurcation stent and a customized aortic valve frame reconstructed from patient CT scans, and they point to smaller neurovascular devices for hard-to-reach regions of the brain as the next frontier, which would need more miniaturization and magnetic navigation. But the sources are clear about the distance left: the prototypes passed only mechanical tests, and in vitro biocompatibility tests and animal studies must come before any clinical investigation in patients. No date for that step is given, and IMDEA says it will pursue these research directions in the coming months. So the change, for now, is for device designers and surgeons who want implants fitted to an individual anatomy. Patients will feel it only once those next tests are passed.
Per il paziente, la promessa pratica sono dispositivi su misura. I ricercatori mostrano anche prototipi modellati su uno stent per biforcazione fenestrata e su una struttura per valvola aortica personalizzata, ricostruita a partire da TAC del paziente, e indicano come prossima frontiera dispositivi neurovascolari più piccoli per le zone difficili da raggiungere del cervello, che richiederebbero una maggiore miniaturizzazione e una navigazione magnetica. Ma le fonti sono chiare sulla strada che resta da fare: i prototipi hanno superato solo test meccanici, e i test di biocompatibilità in vitro e gli studi sugli animali devono precedere qualsiasi indagine clinica sui pazienti. Non è indicata una data per questo passaggio, e l'IMDEA afferma che porterà avanti queste linee di ricerca nei prossimi mesi. Il cambiamento, per ora, riguarda quindi i progettisti di dispositivi e i chirurghi che vogliono impianti adattati all'anatomia del singolo paziente. I pazienti ne vedranno gli effetti solo quando questi prossimi test saranno superati.