L'impression 3D en médecine : amélioration des normes de soins et dispositifs médicaux personnalisés
Des chercheurs de l'Université de Sheffield travaillent en ce moment sur une méthode d'impression en 3D de vaisseaux sanguins par un processus d'ingénierie tissulaire via les imprimantes 3D.
Grâce aux matériaux avancés et biocompatibles disponibles avec l’impression 3D, de plus en plus de spécialités médicales bénéficient de cette technologie. Non seulement il est désormais possible de cultiver des types de tissus spéciaux, ou d'imprimer des modèles anatomiques spécifiques aux patients, mais les prothèses peuvent également être imprimées en 3D.
L'impression 3D s'est imposée dans le secteur médical et au-delà. Elle constitue notamment un outil important pour l'avenir de la médecine de précision et le développement de dispositifs médicaux. Les progrès constants de l'impression 3D ont rendu la technologie plus accessible, mais surtout plus polyvalente. L’impression 3D est aujourd’hui utilisée par les professionnels de la santé et les ingénieurs biomédicaux pour de nombreuses applications. Cela leur permet d’accéder plus rapidement à moindre coût à des outils qui optimisent le niveau des soins médicaux, des composants de systèmes respiratoires, aux prothèses en passant par les instruments chirurgicaux.
Des imprimantes 3D sont conçues spécifiquement pour un usage médical : les pièces spécifiques aux patients peuvent être imprimées directement sur les lieux de soin en une journée, et les matériaux biocompatibles permettent une recherche et un développement rapides et efficaces sur place. Grâce à l’impression 3D de petites quantités de différentes pièces peuvent être produites telles que des modèles de planification chirurgicale et des guides chirurgicaux par exemple.
L'impression 3D a également montré ses avantages lors de la pandémie du Covid : Lorsqu'une urgence nationale a été déclarée aux États-Unis en mars 2020, les chaînes logistiques mondiales se sont effondrées au même moment. Avec l'aide de l'impression 3D, les entreprises ont pu immédiatement adapter leur production et produire les pièces médicales nécessaires en urgence. Cela a permis la production de plus de 40 millions d’écouvillons pour les tests COVID-19, ou de composants imprimés en 3D pour les équipements de protection individuelle (EPI) et les ventilateurs.
De nouvelles solutions pour des traitements compliqués
Grâce aux matériaux biocompatibles, l'impression 3D aide déjà les professionnels de la médecine à développer de nouvelles solutions pour les opérations chirurgicales compliquées. Bien que le corps humain fasse des choses étonnantes, il ne peut pas restaurer la plupart des tissus et des organes dans leur état d'origine lorsqu'ils sont blessés ou endommagés. En Allemagne, les maladies cardiovasculaires telles que le diabète ou l'hypertension artérielle sont les maladies les plus courantes chez les personnes âgées. Les vaisseaux bloqués et endommagés ont jusqu'à présent été transplantés de manière autologue : un vaisseau est prélevé à un endroit du corps du patient et remplace le vaisseau endommagé. Il s'agit d'une opération très difficile et longue.
Des chercheurs de l'université de Sheffield travaillent sur une méthode d'impression en 3D des vaisseaux. Les scientifiques sont confrontés à des défis particuliers : Les vaisseaux sanguins ne traversent pas le corps en ligne droite : ils se plient, se ramifient et s'effilent. Ils sont également flexibles, ce qui leur permet de s'adapter à différentes pressions sanguines.
L'équipe utilise le processus d'ingénierie tissulaire : elle construit un squelette sur lequel des cellules humaines se développent ensuite dans un environnement in vitro. L'impression 3D joue ici un rôle central : grâce à l'impression stéréolithographique flexible et rentable, différentes formes géométriques peuvent être produites pour les squelettes des vaisseaux sanguins. Auparavant, les scientifiques ne pouvaient produire que des tubes droits. Grâce à l'impression 3D, il est désormais possible de produire des formes géométriques complexes.
La flexibilité de l'impression 3D favorise l'individualité des dispositifs médicaux
L'impression 3D est également déjà utilisée dans le domaine des prothèses, par exemple une amputation peut être traumatisante et changer complètement la vie d'une personne. Les personnes touchées sont confrontées à la douleur et doivent s'accommoder d'une mobilité réduite. Dans de telles situations, une prothèse représente plus qu'une simple pièce de substitution pour le corps humain. Elle constitue la base d'un retour à la normale, de l'indépendance et de la récupération des capacités motrices. Les méthodes modernes d'impression 3D permettent aux techniciens et ingénieurs médicaux de réaliser des prothèses parfaitement adaptées et de réaliser des économies considérables par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles. Outre des processus de fabrication longs et complexes, la production conventionnelle de prothèses est associée à des coûts élevés : les montants pour une aide adaptée fabriquée de manière conventionnelle sont de l'ordre de quatre à cinq chiffres.
Dans le domaine des prothèses sportives, la technologie d'impression 3D offre la possibilité de faire progresser les performances et la qualité des membres artificiels. La légèreté, la forme et la suspension des aides sont particulièrement importantes pour les athlètes. Grâce à ces prothèses rapidement imprimées et peu coûteuses, il est possible de réaliser des tests et d'apporter des modifications spécifiques à l'objectif visé.
L'impression 3D ouvre de nouvelles possibilités, notamment en ce qui concerne l'apparence des prothèses : des détails tels que les tons de la peau ou les taches de rousseur peuvent être reproduits de manière authentique et les prothèses faciales peuvent également se rapprocher de la réalité. En outre, il est possible de personnaliser la conception et la sélection des couleurs par l'utilisateur, ce qui peut contribuer à l'acceptation psychologique d'un tel dispositif. Ainsi, une prothèse peut être dissimulée ou rendue plus visible selon les souhaits du patient.
Moins de temps d'attente et processus de fabrication raccourci
Un autre facteur dans lequel l'impression 3D joue un rôle majeur est la planification de procédures médicales compliquées. Une opération peut être répétée plusieurs fois, mais les complications imprévues ne peuvent pas être complètement simulées. L'impression 3D est donc devenue un élément important de la planification chirurgicale pour les interventions sur la colonne vertébrale, par exemple.
L'hôpital de Newcastle, au Royaume-Uni, spécialisé dans les traitements de la colonne vertébrale, est un exemple de l'utilisation et des possibilités concrètes de ces modélisations. L'équipe de l'hôpital a traité un patient souffrant d'une malformation du tube neural sous la forme d'un spina bifida et présentant une déformation sévèrement incurvée. Celle-ci se manifestait par une courbure excessive de la colonne vertébrale vers l'extérieur, entraînant un arrondi anormal du haut du dos. En raison de l'augmentation de la déformation et des problèmes pour s'asseoir ou dormir, le patient souffrait quotidiennement de graves douleurs. En collaboration avec Formlabs, les experts en imagerie d'Axial3D ont pu créer, imprimer et livrer à l'hôpital, en 48 heures seulement, un modèle grandeur nature de la colonne vertébrale du patient, basé sur les données de son scanner et de son IRM. Contrairement aux modèles fabriqués de manière conventionnelle, le modèle était limité à la partie pertinente du scan.
En simulant l'ensemble de l'opération, l'équipe a pu réduire de plus de deux heures la durée de la procédure chirurgicale complexe. Cela a permis d'économiser environ 9 500€ en coûts associés à l'opération.
Le modèle imprimé en 3D a permis à l'équipe d'évaluer la possibilité d'une ostéotomie dans un délai très court - tout en tenant compte des risques individuels éventuels. En cas de succès, cette procédure complexe permet de réduire la tension de la moelle épinière sans léser directement les nerfs. En outre, l'équipe a pu déterminer quelles tiges peuvent être utilisées pour insérer les vis et comment procéder au mieux pendant l'opération. En outre, l'opération a pu être planifiée de manière beaucoup plus précise et les différences et particularités propres au patient ont pu être mieux prises en compte.
L'avenir de l'impression 3D en médecine
Qu'il s'agisse de la production de prothèses ou d'écouvillons pour la détection du Covid, l'impression 3D permet d'obtenir une production plus rapide des produits médicaux. En outre, le processus d'approvisionnement en dispositifs médicaux est considérablement raccourci. En effet, la production de dispositifs médicaux, par exemple, peut avoir lieu directement dans le laboratoire au lieu d'être confiée à des entreprises externes. Cela profite non seulement aux médecins et aux techniciens, mais surtout à leurs patients. Ils peuvent être aidés plus rapidement que ce n'était le cas il y a quelques années. L'avenir de la médecine réside donc dans des soins personnalisés et spécifiques aux patients, avec des chaînes d'approvisionnement plus agiles et plus réactives et la possibilité de prototyper et de produire des solutions encore plus rapidement.