ETD

• analisi biomeccanica
• modelli vascolari
• Statasys digital anatomy printer
• tecnologia polyjet
• tuniche vascolari

Il sistema cardiovascolare e in particolare i vasi sanguigni rivestono un ruolo centrale nella fisiologia umana poiché garantiscono il trasporto di ossigeno, nutrienti e metaboliti e contribuiscono al mantenimento dell’omeostasi. Le loro pareti, organizzate in tre tonache principali, presentano proprietà meccaniche estremamente complesse che consentono di adattarsi continuamente a pressioni e flussi variabili. La tunica intima, più sottile e deformabile, svolge una funzione di interfaccia con il lume vascolare, la tunica media rappresenta lo strato centrale e più elastico grazie alla presenza di cellule muscolari lisce e fibre elastiche, mentre la tunica avventizia, ricca di collagene, fornisce resistenza e protezione meccanica soprattutto in condizioni di sollecitazioni elevate. Le caratteristiche di non linearità, anisotropia, viscoelasticità e compliance rendono il comportamento dei vasi particolarmente articolato e al tempo stesso fondamentale per il corretto funzionamento del sistema cardiocircolatorio.
Il lavoro di tesi si colloca in questo ambito con l’obiettivo di sviluppare modelli vascolari tridimensionali a più strati che riproducano realisticamente le proprietà delle tonache, utilizzando la tecnologia di stampa 3D Stratasys Digital Anatomy. Questa piattaforma, basata sul processo PolyJet e su resine fotopolimeriche multimateriale, consente di combinare differenti miscele e di modulare le proprietà meccaniche dei campioni, offrendo così la possibilità di realizzare prototipi funzionali e altamente personalizzabili. La ricerca ha previsto una prima fase di analisi della letteratura scientifica, utile a identificare i valori di riferimento del modulo elastico e delle proprietà biomeccaniche dei vasi, seguita dalla progettazione e realizzazione di campioni standardizzati ottenuti da diverse combinazioni dei materiali disponibili, in particolare Agilus30, VeroPureWhite e Tissue Matrix.
I campioni così ottenuti sono stati sottoposti a prove meccaniche di trazione e compressione, con lo scopo di valutare la risposta delle miscele e confrontarla con i dati relativi ai tessuti biologici. I risultati hanno evidenziato la possibilità di ottenere proprietà modulabili attraverso la corretta combinazione dei materiali. Una volta definite le miscele ottimali per ciascuna tonaca, è stato possibile realizzare modelli vascolari a più strati che hanno mostrato un comportamento coerente con quello fisiologico, caratterizzato da un’elevata elasticità a basse pressioni e da una crescente rigidità al crescere del carico, con distribuzione differenziata dello stress tra media e avventizia.
La ricerca ha dimostrato come la stampa 3D multimateriale Stratasys J750 possa essere impiegata con successo per la realizzazione di modelli vascolari funzionali. Questi modelli trovano applicazione in ambito didattico, offrendo agli studenti e ai medici in formazione la possibilità di confrontarsi con strutture che riproducono fedelmente anatomia e risposta meccanica dei vasi reali; in ambito clinico, come supporto alla pianificazione pre-operatoria di procedure complesse; e infine in ambito di ricerca, come piattaforma sperimentale per lo studio delle patologie cardiovascolari e lo sviluppo di dispositivi innovativi.
In conclusione, il lavoro ha confermato la fattibilità di utilizzare la tecnologia PolyJet multimateriale per la riproduzione delle proprietà delle tonache vascolari, aprendo la strada a sviluppi futuri volti a ottimizzare ulteriormente le miscele e a validare i modelli su scala anatomica reale. La tesi rappresenta quindi un contributo significativo all’integrazione tra ingegneria dei materiali, medicina e additive manufacturing, dimostrando il potenziale della stampa 3D come strumento a supporto della didattica, della ricerca e della pratica clinica in ambito vascolare.