Fabrication additive Nouvelles
La médecine recourt de plus en plus à l’impression 3D

Au cours des récentes années, l’impression 3D a connu un essor considérable dans presque tous les secteurs d’activités. Ainsi en est-il de la médecine qui, avec la bio-impression, a marqué l’imagination à plus d’un titre. 

Dans ce domaine, l’avenir est porteur de grands espoirs. Pensons par exemple à toutes les personnes en attente d’un don d’organe pour remplacer un foie ou un rein devenus partiellement ou totalement non-fonctionnels. Grâce à la bio-impression, l’espoir renaît et le temps d’attente d’une greffe pourrait être considérablement raccourci. Car cette technologie permet, couche par couche, de reproduire des organes multicellulaires complexes.

Le pionnier en la matière est le docteur Robert J. Klebe de l’Université du Texas qui, dès 1988, a mis au point le Cytoscribing, un processus qui lui a permis de créer des tissus synthétiques en 2D ou 3D à l’aide une imprimante à jet d’encre des plus ordinaire. Puis moins d’une quinzaine d’années plus tard, ce fut au tour du professeur Anthony Atala de l’Université de Wake Forest (Caroline du Nord) de mettre au point un rein à échelle réduite fabriqué par impression 3D. Ensuite est né en 2007 Organovo (San Diego, Californie), le premier laboratoire médical spécialisé en impression 3D.

Mais imprimer des organes humains n’est pas sans poser son lot de problèmes, dont les principaux sont des connaissances encore parcellaires dans bien des aspects de la bio-impression et les sommes importantes à obtenir pour assurer le développement d’une technologie particulière.

Un récent article paru dans 3dnatives identifie d’ailleurs cinq technologies différentes en bio-impression : la bio-impression par imprimantes 3D FDM, la bio-impression par extrusion, la bio-impression assistée par laser, la stéréolithographie (un procédé breveté en 1984 par l’ingénieur Charles Hull), la bio-impression par ondes acoustiques.

La bio-impression par imprimantes 3D FDM permet de fabriquer avec succès des cellules qui soignent le cancer. Le laboratoire Organovo recourt d’ailleurs à cette technologie pour reproduire des tissus humains fonctionnels, dont des tissus pour le foie qui réparent les parties endommagées de cet organe, en attendant de pouvoir procéder à une greffe d’organe.

La bio-impression par extrusion, qu’utilise une équipe de l’université du Missouri, consiste à pousser à l’aide d’une pression constante des amas de cellules dans une micro-aiguille, en alternance avec un hydrogel. La couche déposée sert alors de base pour la couche suivante. Après un passage dans un incubateur, le tissu acquiert sa structure 3D finale. Récemment, l’équipe a imprimé des greffons de vaisseaux sanguins et de nerfs.

La bio-impression assistée par laser est une technique qui utilise des impulsions laser pour éjecter des microgouttes (jusqu’à 10 000 microgouttes par seconde) de cellules in vivo vers un tissu abîmé. En 2014, le magazine Sciences et Avenir annonçait que des chercheurs du laboratoire de bio-ingénierie tissulaire implanté à l’Inserm – Université de Bordeaux utilisaient cette technologie pour l’impression de tissus de cornée et de la peau « afin de répondre aux besoins de la médecine régénératrice, de la pharmacologie, de la cosmétique. Ces tissus imprimés permettraient dans un premier temps de réaliser des modèles prédictifs pour tester les nouveaux traitements sans avoir recourt à des patients ».

La stéréolithographie, qui utilise la solidification couche après couche de plastiques liquides sous l’effet de rayons ultraviolets, est surtout utilisée par les laboratoires dentaires pour fabriquer des couronnes, des bridges ou de implants. D’ici à 2027, on estime que l’impression 3D dentaire devrait connaître une croissance de 9,7 milliards de dollars américains, affichant une croissance annuelle de 35 %.

Développée par l’Université Carnegie Mellon, la Pennsylvania State University et le MIT, la bio-impression par ondes acoustiques utilise des sortes de pinces acoustiques, un système micro-fluidique dans lequel les cellules individuelles peuvent être manipulées, et des ondes acoustiques superficielles. Elle a donné lieu à la création d’un ovaire fonctionnel, au développement de la peau humaine, à la bio-impression d’un rein et à l’impression de tissus pour le genou.

Au nombre des initiatives en impression 3D médicale, citons de façon plus générale le projet Open Hand initié en 2013 par le britannique Joel Gibbard qui a donné naissance à des « communautés de volontaires qui se chargent de créer des dispositifs médicaux open source, et des prothèses de mains imprimées en 3D. Ces prothèses imprimées en 3D sont gratuites […] Ces projets ont créé plus de 300 mains en 2017 ».

Mentionnons aussi le CSIRO’s Lab 22 (Canberra, Australie) qui a créé les premières côtes et sternum imprimés en 3D pour sauver un patient diagnostiqué d’un sarcome à la poitrine. Et l’ETH Zurich qui a récemment créé un cœur artificiel entièrement imprimé en silicone souple, grâce à la technique de fonte de cire perdue. Ce cœur est de la même taille qu’un cœur humain avec un poids de 390 grammes et un volume de 679 cm3. 

Selon Dan Fritzinger, directeur Innovation globale – Instrumentation, chez DePuy Synthes, la branche spécialisée dans les dispositifs médicaux du groupe Johnson & Johnson, « cet intérêt croissant [pour l’impression 3D] s’expliquerait notamment par la nécessité de personnaliser aujourd’hui les solutions médicales ». D’ailleurs cette société a récemment ouvert son Centre d’excellence en impression 3D pour accélérer le développement de la fabrication additive et la personnalisation des prestations médicales. 

Cet engouement pour l’impression 3D ne semble pas vouloir faiblir puisque, selon le Medical AM3DP 2018 Annual Report publié par la SME (Society of Manufacturing Engineers), actuellement 11 % des revenus de l’industrie médicale proviennent de pièces imprimées en 3D, que ce soit des implants ou des dispositifs médicaux. Le rapport souligne également que le nombre d’hôpitaux aux États-Unis qui ont installé un centre d’impression 3D a augmenté de 3 200 % entre 2010 et 2016.
https://organovo.com
http://research.mst.edu
http://u1035-inserm.fr/fr/contact
http://www.bme.cmu.edu
http://openhandproject.org
https://www.csiro.au/en/Research/MF/Areas/Metals/Lab22
https://www.ethz.ch/en.html
https://emea.depuysynthes.com
http://www.sme.org