AFFILIAZIONE
dipartimento di ingegneria dell’informazione
AUTORE PRINCIPALE
Dr. Bonatti Amedeo Franco
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GRUPPO DI LAVORO
Dr. Bonatti Amedeo Franco – dipartimento di ingegneria dell’informazione, pisa
AREA TEMATICA
Applicazioni innovative di bioingegneria (premio miglior tesi di dottorato)
ABSTRACT
Negli ultimi decenni, il campo della biostampa è cresciuto esponenzialmente sia nel mondo accademico sia nell’industria come promettente soluzione per stampare in 3D costrutti complessi a partire da biomateriali e cellule viventi. Tali costrutti andranno a mimare/sostituire/riparare un tessuto o un organo danneggiato, con l’obbiettivo ultimo di venire impiantati sopperendo alla carenza di donatori. Nonostante i successi dimostrati in letteratura, attualmente sono pochi gli esempi di traslazione clinica di un prodotto biostampato, a causa principalmente di limitazioni tecnologiche e barriere normative. In questo contesto, l’obbiettivo del progetto di dottorato riguarda lo sviluppo di sistemi di controllo qualità che garantiscano un prodotto altamente accurato e riproducibile in modo da accelerarne il passaggio verso l’uso di routine negli ospedali.
Per raggiungere questo obbiettivo, nella prima parte del dottorato è stata sviluppata una biostampante che integra più tecnologie (biostampa ad estrusione, inkjet, modellazione a deposizione fusa) per ottenere costrutti complessi realizzati con biomateriali diversi a diverse scale di grandezza. Le caratteristiche principali della biostampante comprendono una rigida struttura portante per l’attenuazione delle vibrazioni, l’uso di assi motorizzati caratterizzati da elevata accuratezza di posizionamento, il design di testine di stampa che garantiscono una deposizione ripetibile dei biomateriali di interesse. Successivamente, sono stati implementati sistemi di controllo qualità specifici per ciascuna testina. In particolare, sono stati sviluppati dei modelli matematici per ottimizzare il processo di biostampa ad estrusione a priori, riducendo il numero dei test di caratterizzazione necessari. Tali modelli sono stati integrati insieme a modelli di Intelligenza Artificiale che permettono il monitoraggio della qualità del prodotto direttamente durante il processo di stampa. Infine, le soluzioni sviluppate sono state validate nell’ambito del progetto di ricerca europeo GIOTTO andando a fabbricare costrutti per applicazioni di rigenerazione del tessuto osseo. Questi esperimenti hanno dimostrato come tali soluzioni possano essere utilizzate per fabbricare prodotti ripetibili e di alta qualità, rappresentando quindi un valido strumento per muovere i prodotti biostampati verso applicazioni cliniche rilevanti.