Organi e protesi stampati in 3D: a che punto siamo davvero

Quando si parla di stampa 3D in medicina, l’immagine che arriva subito è quella di un cuore che esce da una stampante, pronto per il trapianto. È un’immagine potente, ma oggi non è la realtà. La realtà è più interessante: alcune cose la stampa 3D le fa già in sala operatoria, tutti i giorni; altre sono nei primi studi sulle persone; altre ancora sono in laboratorio e ci resteranno per anni.

Per capire dove siamo conviene separare due mondi che spesso vengono mescolati: le protesi stampate, fatte di metallo o plastica, e la biostampa, cioè la stampa di tessuti fatti di cellule vive.

La domanda da tenere in mente è sempre la stessa: perché funziona così? Perché un pezzo di titanio si può già stampare su misura e un rene no?

Le protesi su misura: già realtà

Una protesi tradizionale arriva in poche misure standard, come le scarpe: il chirurgo sceglie quella che si adatta meglio. Con la stampa 3D la protesi nasce invece dalle immagini del singolo paziente. Dalla TAC e dalla risonanza si costruisce un modello virtuale dell’osso, si decide quale parte va sostituita e la stampante realizza un pezzo che combacia esattamente con l’osso che resta.

Il materiale più usato è il titanio, stampato con una struttura porosa che ricorda quella dell’osso vero, detta trabecolare. Quei pori non sono un dettaglio estetico: l’osso del paziente ci cresce dentro e la protesi si ancora meglio.

In Italia uno dei centri più attivi è l’Istituto Ortopedico Rizzoli di Bologna, che ci lavora da più di dieci anni con protesi di bacino, anca e ginocchio, guide di taglio personalizzate per i chirurghi e, nel 2019, una caviglia completa stampata su misura per un paziente che era stato giudicato inoperabile. Nel 2024 l’istituto ha aperto un laboratorio dedicato, il Rizzoli su Misura – 3DLab (3Dnatives, Quotidiano Sanità).

Va detto con onestà: sono ancora casi selezionati, spesso pazienti con tumori ossei o protesi precedenti fallite, non la soluzione standard per tutti.

Dalla plastica alle cellule: cos’è la biostampa

La biostampa usa lo stesso principio di una stampante 3D di casa, strato dopo strato, ma al posto del filamento di plastica c’è un bioinchiostro: un gel che contiene cellule vive. Spesso sono cellule del paziente stesso, prelevate con una piccola biopsia e fatte moltiplicare in laboratorio. Usare le proprie cellule ha un vantaggio enorme: il corpo non le riconosce come estranee e il rischio di rigetto si riduce.

Il caso più famoso è quello di AuriNovo, un orecchio esterno stampato con le cellule di cartilagine del paziente, pensato per chi nasce con la microtia, cioè con l’orecchio poco sviluppato. La forma viene copiata, a specchio, dalla scansione 3D dell’altro orecchio. Il primo intervento su una persona è stato annunciato nel 2022 all’interno di uno studio clinico che segue 11 pazienti per cinque anni (3DBio Therapeutics). I risultati completi non sono ancora pubblicati.

Oltre all’orecchio, gli studi sulle persone riguardano tessuti sottili o semplici: pelle per le ferite, cornea, cartilagine, alcuni vasi sanguigni. Una revisione del 2025 contava solo 11 studi clinici registrati in tutto il mondo sulla biostampa (revisione su PMC).

Perché un rene è così difficile

Qui arriva il «perché». Una protesi di titanio non è viva: deve solo avere la forma giusta e resistere. Un organo invece è fatto di miliardi di cellule di tipi diversi, ognuna al suo posto, e ognuna ha bisogno di ossigeno e nutrimento.

Il problema principale si chiama vascolarizzazione. Nel corpo nessuna cellula è più lontana di circa due decimi di millimetro da un capillare. Un tessuto stampato più spesso di così, senza una rete di vasi sanguigni dentro, soffoca al centro. Ecco perché pelle, cornea e cartilagine (sottili o poco irrorate) sono arrivate per prime alle persone, mentre fegato, rene e cuore no.

I ricercatori ci stanno lavorando con tecniche nuove: stampare dentro un gel di supporto per costruire vasi sottilissimi, oppure stampare l’intero volume in pochi secondi con la luce invece che strato per strato.

I materiali: con cosa si stampa il corpo umano

Il materiale si sceglie in base al lavoro che deve fare: resistere al peso del corpo, piegarsi come una cartilagine, oppure sparire piano piano lasciando il posto al tessuto vero. Ecco i principali, divisi per famiglia.

Metalli: per le ossa che reggono il peso

• Titanio (lega Ti6Al4V). È il re delle protesi su misura: leggero, resistentissimo, non arrugginisce nel corpo e non dà allergie. Si stampa fondendo una polvere sottile con un laser o un fascio di elettroni. Le strutture porose che funzionano meglio hanno pori di circa 0,3-0,4 millimetri e sono vuote per il 60-70%: abbastanza aperte perché l’osso ci cresca dentro (revisione sui metalli stampati).
• Perché i pori contano. Il titanio pieno è circa sei volte più rigido dell’osso. Se la protesi è troppo rigida, porta lei tutto il carico e l’osso intorno, non lavorando più, si indebolisce: si chiama «stress shielding». La struttura a reticolo rende il pezzo più elastico, più simile all’osso.
• Cromo-cobalto. Ancora più duro del titanio, si usa dove serve resistenza all’usura, per esempio nelle superfici che scorrono delle articolazioni.

Plastiche tecniche: per cranio, viso e colonna

• PEEK. Una plastica ad altissime prestazioni, leggera e con una rigidità vicina a quella dell’osso. Si usa per placche del cranio, del viso e per la colonna vertebrale. Ha un difetto: l’osso non ci si attacca volentieri. Per questo la si ricopre di un sottile strato di titanio o la si mescola con idrossiapatite (studio sul PEEK rivestito).
• PCL (policaprolattone). Una plastica che il corpo riassorbe lentamente, in mesi o anni. Si stampa a temperature basse, circa 60-80 °C, e fa da impalcatura temporanea: le cellule ci crescono sopra e, quando il tessuto è pronto, la plastica è sparita.

Ceramiche: la parte minerale dell’osso

• Idrossiapatite. È lo stesso minerale che rende duro l’osso naturale. Da sola è fragile, quindi si mescola con PCL o PEEK, oppure si usa come rivestimento: l’osso la riconosce come sua e ci si salda meglio (revisione 2025 su Biomaterials Science).

Bioinchiostri: i gel che portano le cellule

Qui il materiale deve fare una cosa difficilissima: essere abbastanza liquido da uscire dall’ugello senza schiacciare le cellule, e abbastanza solido da tenere la forma subito dopo. I più usati:

• Alginato. Ricavato dalle alghe brune, è il gel naturale più usato: economico, non tossico, si indurisce in un attimo a contatto con il calcio. Si usa per cartilagine, vasi e osso (revisione sull’alginato).
• GelMA. È gelatina modificata che si indurisce con la luce blu o ultravioletta. Le cellule ci si trovano bene perché assomiglia alla «colla» naturale che le tiene insieme nel corpo (revisione sul GelMA).
• Collagene e acido ialuronico. Sono due componenti naturali dei nostri tessuti: il collagene dà struttura, l’acido ialuronico trattiene acqua. Spesso si mescolano con alginato e gelatina per avere il meglio di ognuno.

Il limite comune dei bioinchiostri è la forza: sono morbidi e la precisione di stampa è ancora bassa. Per questo spesso si stampano insieme a un’impalcatura di PCL che regge la forma.

Le protesi esterne: gli stessi filamenti di casa

Per le protesi esterne, come mani e braccia, si usano materiali che chi ha una stampante 3D conosce bene. Le mani dei volontari di e-NABLE si stampano in PLA o PETG per le parti rigide e in TPU, il filamento gommoso, per le articolazioni delle dita (Engineering for Change). Per le invasature, cioè la parte che abbraccia il moncone e regge il peso, si passa a nylon PA12 stampato a polvere o a nylon con fibra di carbonio: più resistenti, leggeri e stabili al calore del corpo. Il PLA lì non va bene, perché col calore e il sudore si rovina.

I prossimi passi

All’inizio del 2026 l’agenzia americana per la ricerca sanitaria ARPA-H ha finanziato con un programma chiamato PRINT diversi gruppi di ricerca. Il Wake Forest Institute for Regenerative Medicine ha ricevuto fino a 24,8 milioni di dollari in cinque anni per creare tessuto renale stampato e vascolarizzato che aiuti i reni malati, non che li sostituisca. Altri gruppi lavorano su tessuto di fegato (Wake Forest).

Leggendo bene, l’obiettivo è già cambiato: non più «stampare un organo intero da trapiantare», ma stampare pezzi di tessuto che aiutino un organo malato a lavorare meglio. È un passo più piccolo, ma molto più realistico.

In sintesi

• Oggi: protesi in titanio su misura, guide per i chirurghi e modelli per preparare gli interventi. Sono già in uso negli ospedali.
• Negli studi sulle persone: tessuti sottili fatti di cellule vive, come orecchio, pelle e cornea.
• In laboratorio: organi interi come rene, fegato e cuore. Il problema da risolvere sono i vasi sanguigni.

Chi annuncia organi stampati pronti per il trapianto «entro pochi anni» sta correndo troppo. Ma la direzione è chiara, e ogni passo nasce dalla stessa idea: costruire qualcosa su misura per una persona sola, invece che per tutti.

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