BIO-IMPRESSION.
Bio-impression – une révolution dans le domaine de la santé.
Au cours des dernières années, l’impression 3D a connu un saut qualitatif sans précédent dans l’histoire de cette technologie. Des chercheurs de différents pays ont réalisé des prouesses en bio-impression 3D.
Cela signifie que des méthodes de traitement fondamentalement nouvelles verront bientôt le jour. Par exemple, au lieu d’attendre des mois pour obtenir des organes de donneurs, les tissus nécessaires pourront être imprimés en quelques heures.
Le laboratoire GeM, Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique, est le laboratoire de rattachement de Suni-Pft. Expert en fabrication additive, le laboratoire GeM dispose d’un équipement de bioprinting et mène des projets de recherches interdisciplinaire, notamment sur les disques intervertébraux. L’expertise en fabrication additive est mise à profit sur de nouveaux projets d’impression 3D de tissus humains.
Découvrons ensemble l’univers du bioprinting, et quelques-unes des découvertes les plus inattendues de la bio-impression 3D, devenues réalité.
L’impression 3D en médecine
L’un des domaines de la médecine qui connaît le plus de succès pour l’impression en 3D, c’est certainement la prothèse. Avec les possibilités actuelles de l’’impression 3D, il est possible de fabriquer des prothèses moins chères et d’excellente qualité.
Il est aujourd’hui possible d’imprimer pratiquement tous les os du corps humain. A l’avenir, on peut s’attendre à d’ énormes progrès dans le domaine de la transplantation.
Qu’est-ce exactement qu’une impression biologique?
C’est une impression couche par couche opérée par des imprimantes 3D spécialement conçues à cet effet, qui produit littéralement des organes humains.
Comment fonctionne un bioprinter ?
Les bioprinteurs fonctionnent presque de la même manière que les imprimantes 3D, à une différence près : ils appliquent des couches de biomatériaux, qui peuvent inclure des cellules vivantes, pour créer des structures complexes telles que des vaisseaux sanguins ou des tissus de la peau.
D’où viennent les cellules vivantes utilisées en impression 3D ?
Chaque tissu de l’organisme est composé de différents types de cellules. Les cellules nécessaires (reins, peau, etc.) sont prélevées chez le patient puis cultivées jusqu’à ce qu’il y ait suffisamment de cellules pour créer une « bio-encre » qui est ensuite chargée dans l’imprimante. Ce n’est pas toujours possible d’utiliser des cellules du tissu concerné. On utilise alors des cellules souches qui peuvent devenir n’importe quelle cellule du corps. On peut également utiliser de la protéine de collagène de porc ou des algues.
On réalise des conceptions et de modèles informatiques issus des scanners et des IRM pris directement sur le patient. Les têtes d’impression placent les cellules exactement là où elles sont nécessaires et, en quelques heures, l’objet organique est construit à partir d’un grand nombre de couches très fines.
Certains bioprinteurs créent des tissus qui imitent la structure et la composition de divers organes humains. En général, il faut beaucoup de cellules, c’est pourquoi la plupart des bioprinteurs fournissent également une sorte de « colle » organique ou synthétique – un gel soluble ou une armature de collagène, à laquelle les cellules peuvent se fixer et se développer. Cela les aide à se former et à se stabiliser dans la bonne forme. Étonnamment, certaines cellules peuvent prendre la bonne position d’elles-mêmes sans aucun « échafaudage ».
Vous avez un projet dans l’impression 3D de tissus humains?
Quelles bioencres pour les imprimantes 3D médicales ?
Une société coréenne a mis au point des bioencres à partir desquels il est possible de créer des implants de tissus mous, de cartilage et d’os. Les cellules d’algues chiliennes, par exemple, sont utilisées pour la production de bioencres. Selon les propriétés physiques des bioencres, elles peuvent être utilisées pour la reconstruction de l’oreille ou pour l’augmentation mammaire.
Procédés de fabrication et avantages du bioprinting
Quels sont les avantages de l’impression 3D de tissus vivants ?
Les technologies dans le domaine de l’impression des prothèses et des exosquelettes présentent un certain nombre d’avantages indéniables :
- La fabrication prend très peu de temps grâce à des programmes spéciaux.
- Le coût est inférieur à celui des technologies conventionnelles.
- La prise en compte des caractéristiques et des besoins individuels d’un patient particulier assure un grand confort du patient.
A l’heure actuelle, les organes imprimés ne recréent pas l’original endommagé, mais sont capables de le remplacer de manière fonctionnelle. Par exemple, les valves cardiaques, les articulations, les dents, les appareils auditifs et les éléments de membres artificiels fonctionnent avec succès comme des implants.
Quelles sont les méthodes d’impression 3D de biomatéraux ?
L’impression des organes sur une imprimante 3D utilise des biomatériaux au lieu de plastique ou de résines.
A ce jour, deux méthodes ont été mises au point. On peut :
- imprimer des organes de cellules vivantes, en remplissant l’espace environnant avec un gel de collagène spécial. On peut ainsi cultiver du tissu cutané.
- ou placer les cellules sur la surface (ou à l’intérieur) d’une forme plastique imprimée. On peut ainsi obtenir un foie ou un rein vivant.
Selon les scientifiques, il reste 10 ans avant que l’on puisse imprimer librement les organes sur une imprimante 3D.
QUELS ORGANES ET PARTIES DU CORPS A-T-ON DÉJÀ IMPRIMÉS EN 3D ?
Des Yeux imprimés en 3D en réponse à la pénurie mondiale de greffon de cornées.
Des scientifiques de l’université de Newcastle ont mis au point une technologie qui permet d’imprimer une cornée humaine en laboratoire à l’aide d’une imprimante 3D. Les scientifiques utilisent l’œil du patient pour obtenir les données nécessaires à l’impression de la nouvelle cornée. De cette manière, la cornée bioprintée est parfaitement adaptée à l’original en termes de taille et de forme.
A l’heure actuelle, il est possible de renforcer la structure d’une cornée malade, mais pas encore la remplacer intégralement. En effet, les cornées imprimées ne contiennent que des kératinocytes et sont dépourvues de cellules endothéliales. Elles ne reproduisent pas encore la structure complexe d’une véritable cornée humaine, avec notamment cette couche de cellules endothéliales.
Mais les développements futurs de l’œil bionique dépassent de loin l’objectif de restaurer un fonctionnement optimal de la vision humaine classique avec des fonctionnalités permettant d’augmenter considérablement nos capacités visuelles : acuité visuelle poussée et dépassant les 10/10è, zoom et vision noir et blanc sont au programme.
Prothèses dentaires en 3D : l’additif challenge le soustractif
Il y a aussi un exemple intéressant de l’impression 3D dans la dentisterie. Les prothèses dentaires imprimées 3D sont faciles à fabriquer et ont des paramètres plus précis que les prothèses fabriquées manuellement.
L’empreinte dentaire physique est remplacée par une empreinte numérique 3D réalisée par le praticien. Pour mettre en œuvre ces technologies poussées, les dentistes et prothésistes dentaires devront donc investir en scanners 3D ou en imprimantes mais également développer de nouvelles compétences et maîtriser un logiciel de CAO.
Les procédés mis en œuvre sont divers : dépôt de matière fondue, photopolymérisation ou bien fusion laser sur lit de poudre, en fonction des applications concernées. Citons enfin le procédé de photopolymérisation, qui offre une résolution beaucoup plus élevée, avec des niveaux de détails importants.
Imprimer un cœur en 3D avec des cellules humaines
Une technologie développée par des spécialistes israéliens permet
- de produire une bioink imprimable à partir des tissus du patient (pas nécessairement des tissus cardiaques)
- d’imprimer du tissu cardiaque avec cette encre – contenant des vaisseaux sanguins et pouvant être utilisée comme patch cardiaque pour le traitement du cœur.
Des patchs cardiaques ont déjà été imprimés; l’étape suivante consiste à imprimer un cœur à part entière.
Cette technologie présente un énorme potentiel non seulement pour le traitement des maladies cardiaques, mais aussi pour les transplantations. La possibilité d’imprimer un nouveau cœur à partir des propres tissus du patient élimine non seulement la nécessité d’attendre un donneur, mais constitue également une solution idéale à tous les problèmes liés à la biocompatibilité des tissus et à l' »adaptation » du nouvel organe aux dimensions du corps.
Oreille humaine en 3D : une bio-imprimante crée des oreilles humaines pour les patients atteints de microtie
Une équipe de l’université de Wollongong (UOW), en Australie, a mis au point une bio-imprimante 3D qui reproduit les oreilles humaines pour les utiliser en chirurgie reconstructive.
Cette nouvelle technologie apporte une révolution dans le traitement des enfants atteints de microtie. La microtie est une anomalie congénitale qui se traduit par l’arrêt du développement de l’oreille externe au cours du premier trimestre de la grossesse. Le traitement des déformations de l’oreille est difficile en raison de sa forme spécifique.
La bio-impression d’oreilles permet de concevoir une greffe d’oreille en fonction de la forme du visage du patient et de l’imprimer à partir des tissus naturels de ce dernier. La durée de l’opération est réduite et le résultat esthétique meilleur.
Développement de peau artificielle
Des recherches récentes dans le domaine de la bio-impression ont prouvé la faisabilité de la culture d’implants cutanés par bio-impression. Des chercheurs ont pu créer des structures tridimensionnelles avec remplissage couche par couche à partir de gélatine, de kératinocytes humains, et de fibroblastes humains.
Une peau artificielle, prête à l’emploi, permettrait dans le futur de soigner les plaies très sévères, comme celles des grands brûlés. On pourrait ainsi réaliser des greffes de peau sans avoir à prélever la peau saine d’un patient.
Un des challenges est de mettre au point des techniques de bio-impression pouvant être mises en œuvre directement dans les blocs opératoires, l’unité d’impression étant montée sur un bras robotisé pour imprimer derme et épiderme.
En conclusion, la quantité et la qualité des réalisations et des perspectives qui ont amené l’impression 3D en médecine, nous pouvons dire que la fabrication additive est un nouveau jalon dans la vie scientifique et technologique de l’humanité. Cette technologie est testée et développée pour améliorer notre santé et sauver des vies.
En savoir plus sur le domaine d’impression 3D
DATES-CLÉS DU BIOPRINTING
- 2020 – Bioprinter endoscope imprimé avec des cellules vivantes sur la paroi d’un modèle d’estomac.
Impression 3D d’un ménisque à bord de la Station spatiale internationale
- 2019 – Des fragments de tissu osseux ont été cultivés sur l’ISS à l’aide d’une biopuce 3D.
- 2018 – Une cornée a été imprimée sur une imprimante 3D pour la première fois.
Modèle 3D du ventricule du cœur créé pour étudier les effets de l’infarctus du myocarde
- 2016 – Un cœur dans son intégralité avec ses cellules et ses vaisseaux sanguins imprimé en 3D sur une puce.
- 2015 – Impression de la réplique d’une chaîne de protéines pour soulager les patients atteints de cancer grâce à la chimiothérapie
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