L'impression 3D hybride produit des échafaudages pour la régénération osseuse
Publié par Redbran le 09/03/2019 à 14:00
Source: © Union européenne, [2019] / CORDIS
Une nouvelle technologie d'impression 3D, capable de créer un échafaudage médical pour la réingénierie des tissus, apporte de nombreux avantages aux patients et au secteur des soins de santé.


© Maastricht University

Au cours de la dernière décennie (Une décennie est égale à dix ans. Le terme dérive des mots latins de decem « dix » et annus « année.), le marché de la fabrication additive (FA) a connu une croissance annuelle impressionnante. Des facteurs comme la production localisée, les formes illimitées, la personnalisation complète des artefacts et l'absence de déchets sont les moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou travail.[réf. nécessaire]) de cette croissance.

L'un des principaux avantages est peut-être la "Conception orientée fonction" de la FA, selon laquelle la production d'artefacts n'est plus limitée par les contraintes imposées par les processus de fabrication mais par la priorité qui est donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un événement, etc.) à l'utilisation finale de la pièce.

Le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours...) FAST (Functionally graded Additive Manufacturing scaffolds by hybrid manufacturing), financé par l'UE, a adopté des techniques de FA afin de développer et de faire la démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir de propositions initiales, ou précédemment démontrées à partir de...) d'une machine d'impression 3D combinant un processus d'impression hybride (En génétique, l'hybride est le croisement de deux individus de deux variétés, sous-espèces (croisement intraspécifique), espèces (croisement interspécifique) ou genres (croisement...) avec un revêtement à base de plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui...) physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général...) pour produire des échafaudages destinés à la régénération osseuse. FAST a également identifié des candidats pour des substances antibiotiques appropriées pour une incorporation dans le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une...) de cet échafaudage, ainsi que pour démontrer la croissance cellulaire sur les surfaces des échafaudages ainsi imprimés et revêtus.

Construire des échafaudages à partir de composites polymères

Différents secteurs, comme l'automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est équipée en...) et l'aérospatiale (L'aérospatiale (nom commun féminin singulier) est une discipline scientifique qui rassemble les techniques de l'aéronautique (déplacement dans l'atmosphère, utilisant des avions ou des...), tirent parti de la capacité de la FA à produire des pièces complexes et hautement personnalisées comportant un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de fonctions intégrées, de manière rentable. Mais les techniques de FA sont également de plus en plus utilisées pour produire des dispositifs médicaux.

Les implants personnalisés, par exemple, offrent des avantages comme la planification (La planification est la programmation d'actions et d'opérations à mener) préopératoire améliorée, des économies de coûts pour le système de santé (Un système de santé réunit "toutes les organisations, institutions et ressources qui interviennent en matière de santé et qui fournissent des soins formels...) grâce à des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) d'intervention plus courts, une durée de vie (La vie est le nom donné :) des implants plus longue et un confort accru du patient (Dans le domaine de la médecine, le terme patient désigne couramment une personne recevant une attention médicale ou à qui est prodigué un soin.) avec moins de plaintes postopératoires.

Cela est particulièrement vrai pour la fabrication d'échafaudages pour l'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une...) tissulaire (TE) et la médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la pratique (l'art) étudiant l'organisation du corps humain (anatomie), son fonctionnement normal (physiologie), et cherchant...) régénérative, où la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) est maintenant utilisée depuis plus d'une décennie. Le professeur Lorenzo Moroni, coordinateur du projet, explique: "Ces échafaudages sont l'un des domaines où la caractéristique de "Conception orientée fonction" de la FA lui confère une avance sur les autres techniques de production. Toutes les considérations nécessaires concernant la mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons,...), la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le...) (porosité et forme), le biomatériau, les molécules bioactives et les groupes chimiques de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...) peuvent être intégrées dans un seul et même concept."

La nouvelle imprimante (Les imprimantes ont été conçues dès l’apparition des premiers ordinateurs, pour permettre la consultation et la conservation sur support papier des résultats produits par les programmes informatiques. En effet,...) polymère 3D de FAST peut presque imprimer puis enduire l'échafaudage en une seule étape et au sein de la même machine. Suivant une méthode couche par couche, la technologie applique une couche dans l'implant, conçue pour améliorer l'adhésion (En physique, l'adhésion est l'ensemble des phénomènes physico-chimiques qui se produisent lorsque l’on met en contact intime deux matériaux, dans le but de créer une résistance mécanique à la...) des cellules et favoriser ainsi la régénération osseuse.

La technologie consiste à combiner le mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation aussi appelée...) à l'état fondu de nanocomposites avec des charges bio-fonctionnalisées directement dans la tête d'impression, en intégrant l'utilisation des technologies du plasma atmosphérique au processus d'impression lui-même. "La technologie contrôlant la composition et la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à...) des fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.), ainsi que l'emplacement du revêtement, permet aux opérateurs de concevoir la forme, la porosité, la stabilité mécanique et les propriétés biochimiques de l'échafaudage", explique le professeur Alessandro Patelli, coordinateur du consortium.

En plus d'être biodégradables, ces échafaudages contiennent des propriétés mécaniques et biochimiques graduées, adaptées à chaque patient. Comme l'a rappelé M. Moroni, il s'agit de l'aspect le plus complexe du projet: "Le développement d'une tête d'impression capable de créer des gradients continus a conduit à des essais avec quelques prototypes fonctionnels."

Contribuer à bâtir un système de santé revitalisé

La technologie de FAST devrait contribuer à améliorer l'efficacité du système de santé européen, avec de bonnes perspectives en particulier pour les applications en réparation osseuse dans les chirurgies orthopédiques, crâniennes, cranio-faciales et maxillo-faciales.

Mais la technologie devra d'abord faire l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise,...) d'essais cliniques de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) I si les tests sur les animaux donnent des résultats prometteurs par rapport aux traitements actuels. Après cela, elle devra satisfaire aux exigences d'approbation réglementaire dans les trois à six ans à compter de la fin du projet.

"FAST devrait renforcer la compétitivité des petites et moyennes entreprises partenaires sur le marché mondial, en préservant les emplois existants et en en créant de nouveaux grâce à une gamme de produits élargie", déclare M. Patelli.

Actuellement, l'équipe approfondit les tests des échafaudages FAST via des études in vitro (In vitro (en latin : « dans le verre ») signifie un test en tube, ou, plus généralement, en dehors de l'organisme vivant ou de la...) et in vivo (In vivo (en latin : « au sein du vivant ») est une expression latine qualifiant des recherches ou des examens pratiqués sur un organisme vivant, par opposition...), tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en recherchant des partenaires industriels appropriés pour les études cliniques.

Pour plus d'information voir: projet FAST
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