L’impression 3D au service de la santé

L’impression 3D, quésaco ? Si tout le monde a déjà entendu parler de cette nouvelle technologie, concrètement, comment fonctionne-t-elle ? En quoi est-elle révolutionnaire ? Comment s’apprête-t-elle à bouleverser le secteur médical ? Lenna Darmon vous dit tout dans ce nouvel article.

Apparue dans les années 80, l’impression 3D se présente tout d’abord comme un nouveau moyen permettant de concrétiser rapidement l’objet de ses pensées. Cette nouvelle méthode de conception évolue au fil des années. Par conséquent, elle se positionne désormais sur des secteurs à forte valeur ajoutée, tel que celui de la santé. Mais concrètement, comment tout cela fonctionne ? Décryptage d’une nouvelle solution qui pourrait révolutionner le secteur médical.

L’impression 3D apparaît comme un outil révolutionnaire dans la fabrication de prothèses sur mesure. Le procédé a un impact positif considérable sur leur coût. La technologie se met également au service des médecins dans l’aide à la chirurgie en reproduisant des organes synthétiques jumeaux des organes réels du patient. On la retrouve aussi dans la bio-impression, c’est-à-dire l’impression de tissus biologiques (peau ou organes) pour la greffe. En résumé, non seulement l’impression 3D repousse ses limites mais ses applications ne cessent d’évoluer avec le temps.

L’IMPRESSION 3D, QUÉSACO ?

L’impression 3D est une technique dite de fabrication additive – ou Additive Manufacturing –qui consiste à concevoir un objet par superposition de couches de matériaux jusqu’à obtention d’une structure solide formant un objet 3D. Contrairement aux autres méthodes qui permettent la fabrication de l’objet en sculptant dans la matière ou en la façonnant, l’impression 3D permet de construire l’objet couche par couche, étage par étage. Elle est par conséquent très utilisée en prototypage rapide.

Quel matériau utiliser ?

Le choix du matériau utilisé pour l’impression est primordial. Il dépend des caractéristiques souhaitées pour l’objet. On privilégiera ainsi des filaments de PLA pour fabriquer des prothèses de mains plutôt qu’une résine jugée trop rigide pour ce genre d’application. La liste des matériaux est vaste et s’étend du filament plastique en bobine (PLA, ABS, PEEK…) à la résine liquide photosensible ou encore à la poudre (métallique, plastique).

En fonction du matériau choisi, on distingue différentes techniques d’impressions 3D :

• Dépôt de fil ou extrusion (FFF et FDM) : un filament plastique est fondu et déposé sur une plateforme d’impression, formant l’objet couche après couche ;
• Photopolymérisation (SLA, DLP, LCD) : un laser ou une source de lumière solidifie une résine liquide et photosensible, point par point (SLA laser) ou couche par couche (DLP, LCD) ;
• Fusion de poudre (SLS, SLM, DMLS) : un laser fusionne des particules de poudre point par point.

Concrètement, comment faire pour concevoir un objet en 3D ?

Tout débute par la conception numérique de l’objet à l’aide d’un logiciel informatique permettant de réaliser des dessins industriels. De nombreux logiciels existent mais le plus connu reste Solidworks, développé par l’entreprise Dassault Systèmes. Il permet en effet d’obtenir une modélisation 3D de l’objet. Le fichier ainsi obtenu est appelé « fichier CAO » (CAO = Conception Assistée par Ordinateur). Fichier CAO qui est ensuite converti en fichier STL pour pouvoir être lu par l’imprimante.

L’impression commence alors par la chauffe de la buse (tête par laquelle passe le filament du matériau choisi). Le filament est fondu par la chaleur. Puis l’impression commence par un dépôt de matière sur le lit d’impression en suivant les instructions transmises par le fichier STL (il s’agit ici de la technologie avec dépôt de fil).

Pour d’autres techniques, comme la photopolymérisation de résine par exemple, une étape supplémentaire dans un bac de nettoyage à l’isopropanol est nécessaire pour finaliser la solidification de l’objet.

IMPRESSION 3D ET SANTÉ : DES PROTHÈSES 3D SUR MESURE À FAIBLE COÛT

L’impression 3D a révolutionné le marché des prothèses et implants médicaux (orthopédie, orthodontie ou réparation osseuse). Les coûts sont divisés par 1 000 pour une prothèse de main et la disponibilité d’un dispositif médical sur mesure est quasi immédiate. Les utilisateurs ont même la possibilité de fabriquer directement chez eux leur prothèse par simple achat d’une imprimante 3D maison.

L’histoire d’Ivan Owen

Un projet collaboratif de prothèses de main, appelé Enabling the future, a d’ailleurs vu le jour en 2011. Pour la petite histoire, Ivan Owen, initiateur du projet, publie une vidéo de ses premières réalisations imprimées en 3D. Un internaute ayant perdu un doigt le contacte. De cette rencontre naît une collaboration au terme de laquelle un prototype de prothèse en 3D est finalement conçu. Le projet devient viral et une mère décide de faire appel aux deux collaborateurs pour concevoir un prototype pour son fils né sans doigt à la main droite.

De fil en aiguille et au vu des besoins existants, Owen fait le choix de permettre un libre accès à ses fichiers. Aucun brevet n’existe car l’objectif principal est d’aider le plus grand nombre de personnes nécessiteuses d’une prothèse sur mesure à faible coût. Les prothèses sont imprimables en 3D pour moins de 40 € de matériaux alors qu’une main prothétique ordinaire peut coûter jusqu’à 40 000 €. La prothèse fonctionne de façon purement mécanique et les doigts se plient grâce à la flexion du membre résiduel. D’autres prototypes existent. Munis de capteurs d’activité musculaire, ils permettent la mise en marche de la prothèse 3D uniquement par la pensée.

L’IMPRESSION 3D ET SANTÉ : UNE AIDE À LA SIMULATION CHIRURGICALE

Il est souvent difficile de déterminer l’approche idéale pour les interventions chirurgicales complexes. L’impression 3D permet de concevoir des organes synthétiques à partir de l’imagerie médicale (scanner ou échographie) des patients. Un concept idéal pour accompagner la formation des chirurgiens ou des étudiants en médecine afin de les aider à s’entraîner avant l’opération réelle sur le patient. Cette méthode permet de réduire les complications ainsi que les risques pour le patient et de répéter, en amont, les gestes indispensables à une chirurgie réussie.

Toutefois, cette approche reste cependant très complexe : il ne s’agit pas seulement d’imprimer l’organe en 3D (comme on pourrait le faire facilement pour une prothèse de main), mais de reproduire ses propriétés biomécaniques pour rendre la simulation chirurgicale la plus réaliste possible.

Aujourd’hui, des modèles de cœurs, de foies ou de reins existent, et sont de plus en plus représentatifs des organes humains. Cependant, des améliorations doivent encore être apportées afin que cette technique prometteuse soit adoptée par les médecins. L’objectif à terme est de leur permette d’être encore plus pointus dans leur manière d’appréhender la chirurgie.

LA BIO-IMPRESSION DE TISSUS BIOLOGIQUES

Contrairement aux matériaux inertes utilisés dans les applications précédentes, la bio-impression consiste à imprimer des tissus biologiques à partir d’un échantillon de cellules vivantes appelées bio-encre.

Cette technologie pourrait être très utile pour pallier le manque de donneurs dans le cas d’une greffe notamment. La bio-impression pourrait permettre à terme la reconstitution de peaux, de muscles, d’os, de cartilages et peut-être même d’organes. Cette technique fonctionne sur le même principe que l’impression 3D : la bio-encre est déposée couches par couches pour former l’assemblage de cellules vivantes permettant ainsi de créer le tissu biologique.

La bio-impression est cependant plus complexe que l’impression de matières inertes. En effet, il ne s’agit pas uniquement d’imprimer le tissu mais aussi de gérer l’organisation tridimensionnelle des cellules pour permettre leur prolifération. C’est ce phénomène qui, à terme, rendra possible la différenciation des cellules (c’est-à-dire leur mutation adéquate) pour concevoir l’échantillon désiré (peau, muscles, os…).

Des ingénieurs ont ainsi réussi à fabriquer 1 cm² de peau grâce à 5 types de cellules. Des essais encore à l’état de recherche à l’heure actuelle mais qui n’en restent pas moins très prometteurs pour l’avenir.

CONCLUSION

L’impression 3D apparaît donc depuis quelques années comme un véritable bouleversement dans le secteur de la santé. Il s’agit d’une solution à faible coût, très prometteuse pour améliorer la vie des patients comme des professionnels de santé (chirurgiens, dentistes, audioprothésistes, ophtalmologues, étudiants…). En ce sens, l’impression 3D révolutionne le marché des prothèses et des dispositifs médicaux.

En parallèle, elle ne cesse de se perfectionner et l’évolution de cette technologie permet à présent de se projeter vers des domaines encore plus pointilleux : entraînement à la chirurgie, impression de tissus humains et greffes d’organes synthétiques constituent ainsi des projets qui pourraient révolutionner le monde de la médecine et rallonger de ce fait la vie des patients.