L'impression 3D dans le domaine médical

L’imprimante 3D peut servir à fabriquer des structures inertes, mais aussi des organes et des tissus (ensemble de cellules) et pour ceux-çi le défi est de permettre à l’oxygène de circuler dans l’organe.

Ainsi, la technique utilisée pour imprimer des organes est la bio-impression. Cette technique est différente de l’imprimante 3D traditionnelle, car elle est multi-matériaux et peut utiliser jusqu’à 5 matériaux différents.

De plus, les “encres” utilisées sont composées de bio-encre : des cellules et des hydrogels. En général, les imprimantes utilisées en médecine contiennent quatre buses : deux se chargent de déposer différents types de cellules pour former les tissus. Les cellules proviennent de biopsie (prélèvement de tissus ou d’organes) de patients. Les deux autres buses délivrent des polymères qui servent d’abord à former un moule, puis à combler les espaces qui vont devenir des vaisseaux. Grâce à cette technique, on pourra même imprimer des axones (prolongement des neurones conduisant les signaux électriques).

On ajoute des protéines, qui sont le principal composant des cellules, pour permettre la cohésion des cellules créées avec celles du corps. Il existe deux sortes de protéines, les protéines de fonction et les protéines de structure. Ce sont ces dernières que l’on utilise dans l’impression d’organes. Elles sont fibreuses, enroulées autour d’un axe hélicoïdale. Il en existe quatre :

• Kératine a pour les cheveux,

• Elastine pour la peau,

• Collagène pour les tendons,

• Fibroïne pour la soie d’insectes.

Elles sont composées de liaisons hydrogènes, de liaisons ioniques (liaisons qui se forment entre des ions de signes contraires), de ponts disulfures (liaisons covalentes entre deux atomes de soufre, formés dans un milieu oxydant) et d’effet hydrophobe.

Les cellules souches vont se lier entre elles pour former un tissu biologique stable. Les structures en hydrogel vont se dissoudre, et vont permettre au sang de s’infiltrer. Cette technique n’a pas aujourd’hui pour but d’imprimer des organes en entier, mais d’implanter des tissus bio-imprimés sur les tissus de l’organe endommagé. Cela permet aux personnes en attente d’une greffe de prolonger la durée de vie de leur organe atteint.

Il est également possible d’imprimer des tuteurs pour régénérer les nerfs, afin de guider leur croissance. Pour l’instant, aucun essai clinique n’a été réalisé, mais cette avancée pourrait permettre à des millions de gens de soigner des lésions nerveuses. Grâce à des capteurs, il est possible de créer cette pièce au millimètre près, pour plus d'efficacité.

On peut citer à titre d’exemple le projet Biobot, réalisé par des ingénieurs de l’université Duke dans l’Illinois. Ils ont créé des robots avec des muscles imprimés en 3D. On peut également citer la conception par imprimante 3D d’un cartilage d’oreille humaine, par l’université de Wake Forest en Caroline du Nord.

Mais qu’est ce qu’un hydrogel ?

Matériau biomimétique, un hydrogel est un polymère insoluble dans l’eau et qui forme un gel au pouvoir absorbant important. Un hydrogel peut en effet contenir jusqu’à 99% d’eau. Les produits composés d‘hydrogel sont très flexibles, presque autant que les tissus vivants. De plus, comme ils sont composés en majorité d’eau, ils sont compatibles avec ces tissus. Ils sont surtout utilisés pour fabriquer des lentilles de contact ou des implants mammaires. On retrouve également les hydrogels dans certaines pommades et produits cicatrisants. En effet, leur grande teneur en eau permet une hydratation permanente de la plaie, aidant à la cicatrisation.

L’imprimante 3D peut également fabriquer des prothèses, mais pour cela on utilise des techniques de fabrication traditionnelles, comme vues dans les articles sur les techniques.

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