Chirurgia plastica: ricostruire un volto dopo un trauma con l’ottimizzazione topologica

ROMA – Ricostruire il volto di un paziente affetto da un grave trauma cranio-facciale che interessi sia la struttura ossea che dei tessuti non è un intervento facile, ma alla medicina ora si affianca ora l’ingegneria, che mette a disposizione dei chirurghi plastici l’ottimizzazione topologica, un metodo matematico che permette di ridefinire i contorni e la struttura del volto, creando un modello tridimensionale che i medici potranno seguire nel corso dell’operazione.

La chirurgia plastica oggi si occupa di ripristinare in pazienti il cui volto è deturpato dal cancro, da incidenti o da ustioni, le normali funzionalità fisiologiche come respirare, comunicare, mangiare e vedere, oltre che un aspetto che aiuti il recupero psicologico nel soggetto. Il problema nella ricostruzione di un volto è principalmente costituito dalla ricostruzione del tessuto osseo, che differisce in consistenza e struttura da ogni altro osso del corpo umano. La tecnica maggiormente utilizzata dai chirurghi consiste quindi nell’innestare nel viso del paziente tessuto osseo da altre parti del corpo, che permette così il recupero delle funzionalità fisiologiche, ma spesso non aiuta nell’eliminare la deformità.

“Il centro del viso è la struttura più complicata dello scheletro umano”, ha spiegato Glaucio Paulino, direttore del programma della meccanica e della materia per la National Science Foundation (NSF). “Ciò che rende la ricostruzione più complicata è il fatto che le ossa sono piccole, delicate, altamente specializzate e localizzate in regioni altamente sensibili alla contaminazione batterica”, ha osservato Paulino.

L’ottimizzazione topologica si inserisce in questo contesto di sperimentazione e permette di creare una “mappa” del viso a cui il chirurgo può fare riferimento durante l’operazione: utilizzando dei metodi matematici basati sull’applicazione di forze su superfici, condizioni al bordo e limiti spaziali si è in grado di ridefinire la forma specifica del volto, una sorta di griglia che permette di stabilire dove andranno posti i tessuti molli e dove innestare i tessuti ossei affinché la struttura facciale sia ottimizzata. Il metodo matematico di ottimizzazione nasce come strumento di progettazione di arei e navi spaziali, quali l’Airbus 380, e il suo impiego in campo medico è frutto dell’impegno di Paulino, che ha collaborato con Alok Sutrandhar e Michael Miller del centro medico della Ohio State University, e Tam Nguyen del dipartimento di ingegneria civile e ambientale dell’università dell’Illinois.

“L’idea chiave è avere una tecnica che è adattabile alle esigenze specifiche del paziente. Non è dunque una formula unica per tutti. Le persone sono diverse, non può esistere una soluzione unica per i pazienti”, ha spiegato Paulino, tanto che l’ottimizzazione topologica suggerisce diverse strutture tutte potenzialmente valide e funzionali, che sono adattabili al singolo paziente e che permettono ai chirurghi di scegliere tra le varie alternative la migliore ancor prima di entrare in sala operatoria.

Il metodo così sviluppato permetterà inoltre di individuare quali sono i materiali migliori per la ricostruzione, infatti oggi le strutture ossee vengono ricostruite con leghe di titanio, resistenti e leggere, ma che facilmente possono essere rigettate dal corpo, mentre in futuro sarà possibile scegliere e creare un nuovo materiale che meglio risponde alle necessità del paziente, dimostrazione di come il futuro della medicina passi dall’ingegneria, e di quanto importante sia la ricerca di base, i cui risultati si dimostrano utili ed esportabili in molti campi-