Le simulazioni al computer sono potenti strumenti per lo sviluppo di nuovi dispositivi e trattamenti medici. Al Center for Cardiovascular Simulation (CCS) dell'Università del Texas, Austin, il gruppo del dott. Michael Sacks sta lavorando per fornire simulazioni cardiovascolari avanzate affinché medici e ingegneri biomedici possano sviluppare trattamenti più efficaci per le malattie cardiovascolari. La ricerca specifica mira a simulare la funzione biomeccanica del sistema cardiovascolare dal continuum cellulare e dal tessuto microfibroso all'intero livello dell'organo.
Affinché questi modelli biomeccanici al computer funzionino in modo accurato, i ricercatori devono prima comprendere le proprietà meccaniche del materiale che stanno modellando. Dagli anni '60, i ricercatori hanno utilizzato dispositivi di test biassiali per eseguire test di allungamento ciclico su tessuti, solitamente per campioni di circa 10 x 10 cm quadrati o più grandi.
Tuttavia, John Lesicko, un membro dello staff di ricerca del CCS, aveva bisogno di progettare un dispositivo di test biassiale su scala micro. John spiega che le sperimentazioni sugli animali alla fine sarebbero state su topi le cui arterie sono piccole, quindi era necessario un test biassiale in grado di gestire campioni fino a 3 mm x 3 mm quadrati.
Il nuovo dispositivo di prova biassiale ha superato i limiti di progettazione. Per tirare il materiale sono state utilizzate barre di acciaio inossidabile dal diametro di 200 micron e i singoli punti di fissaggio devono essere azionati in modo indipendente, senza che le barre si tocchino tra loro.
Era chiaro che gli elementi di fissaggio dei tessuti necessitavano di un supporto o di un dispositivo di fissaggio per far funzionare correttamente l'intero meccanismo. Ma le dimensioni necessarie erano molto ridotte. "Potomac è stata la prima azienda di stampa 3D che ho contattato in grado di gestire le piccole scale spaziali di cui avevo bisogno", spiega John. "Inoltre, potevano consegnare a un prezzo ragionevole. Altre tecnologie meccaniche avevano prezzi alle stelle".
Come nella maggior parte dei nuovi progetti, sono state necessarie diverse modifiche del prototipo per ottimizzare la configurazione, quindi il progetto era sensibile al prezzo. Nella fabbricazione digitale, come la stampa 3D o la microlavorazione laser, tutte le modifiche di progettazione avvengono nella fase di progettazione assistita da computer.
Fu quindi poco costoso, rapido e facile per John modificare il prototipo e provare idee diverse. Dice: "Abbiamo fatto diverse iterazioni per trovare il design perfetto e questo non ha prezzo!" Ad esempio, nella prima iterazione, il design non consentiva un supporto sufficiente per le aste in modo che si flettessero e si piegassero, anziché rimanere rigide. "Entro una settimana", dice John, "avevamo un design con il supporto necessario".
Con la modellazione in vitro sugli animali, i ricercatori del CCS saranno in grado di testare il comportamento meccanico del sistema cardiovascolare e quindi generare dati specifici per la popolazione per fornire al mondo della biotecnologia modelli accurati per la ricerca. Alla fine, l'obiettivo del CCS è la modellazione specifica per il paziente che funziona curiosamente di pari passo con le esclusive capacità di personalizzazione di massa della stampa 3D per la produzione diretta di dispositivi medici personalizzati. Nel frattempo, le capacità di stampa 3D di Potomac stanno aiutando il CCS a prototipare nuovi dispositivi di microtest per offrire la possibilità futura di un trattamento migliorato a chiunque soffra di malattie cardiovascolari.
