Modèles de protéines imprimées en 3D par Biologic Models
Les applications médicales de l’impression 3D gagnent un formidable élan dans le secteur médical. À mesure que la technologie progresse, les imprimantes 3D ont progressé rapidement et le processus d'impression est si précis qu'il est désormais possible de reproduire même les systèmes vasculaires nécessaires à la viabilité des organes. Cette technologie est vitale car plus de 114 000 personnes aux États-Unis sont sur des listes d'attente pour une greffe d'organe.
Les applications de l’impression 3D en médecine vont bien au-delà de la recréation de systèmes vasculaires. Voici un aperçu des différentes applications médicales actuelles de l’impression 3D.
Technologie d'impression 3D disponible dans le commerce pour des applications médicales
Il existe quatre utilisations principales de l’impression 3D dans l’industrie médicale aujourd’hui.
Tissus et organites Prothèses sur mesure Instruments chirurgicaux Modèles chirurgicaux spécifiques à chaque patient
Les scientifiques étudient actuellement comment fabriquer des organes tels que le foie ou le cœur à l'aide du procédé d'impression 3D. Cette technologie se développe rapidement en raison de la nécessité de trouver des alternatives moins coûteuses aux solutions médicales actuelles. En conséquence, des procédures complexes de sauvetage sont disponibles pour plus de personnes.
Il existe plusieurs technologies disponibles actuellement utilisées pour les applications médicales d'impression 3D. La fusion en lit de poudre est celle la plus couramment utilisée pour imprimer des dispositifs médicaux en 3D. L'impression médicale 3D utilise cette technologie en raison de sa compatibilité avec de nombreux matériaux utilisés dans la fabrication de dispositifs médicaux tels que le nylon et le titane.
Actuellement, la FDA dispose d’imprimantes 3D qui les aident à comprendre les capacités de l’impression 3D pour les applications médicales et comment le grand public peut tirer parti de l’utilisation de cette technologie par l’industrie. Outre l’impression 3D, ils ont recours à d’autres technologies d’impression pour évaluer quelles parties des flux de travail et des processus d’impression affectent la qualité du dispositif médical une fois terminé.
Application médicale révolutionnaire d'impression 3D
Parfois appelée bioprinting, l’impression 3D est en train de transformer le secteur médical. Il accélère les interventions chirurgicales et propose des solutions moins coûteuses pour la création de prothèses et d'outils chirurgicaux.
L'impression 3D reproduit même les organoïdes et les tissus, permettant ainsi aux médecins d'en savoir plus sur leur fonctionnement et les maladies qui les affectent.
Les applications médicales actuelles de l’impression 3D utilisent l’imagerie telle que les tomodensitogrammes, les IRM, les rayons X et les ultrasons pour créer un modèle numérique de l’organe ou du tissu à imprimer en 3D. Les médecins téléchargent ensuite les numérisations vers une imprimante 3D. Selon les dispositifs médicaux, l’impression 3D dans le domaine médical devrait atteindre 3,5 milliards de dollars d’ici 2025. Les principales applications médicales de l’impression 3D révolutionnent le domaine médical en améliorant les soins aux patients.
Bioprinting – Génie organoïde et tissulaire
Les médecins, comme le chirurgien Dr. Jason Chuen de l'Austin Hospital de Melbourne, affirment que les organes médicaux d'impression 3D aident les médecins à pratiquer des procédures chirurgicales telles que la pose d'un stent dans un cœur. Le Dr Chuen a expliqué qu’avec un modèle ou un organoïde à partir d’images du patient réel, il pourrait évaluer le modèle bio-imprimé beaucoup plus facilement que le cœur du patient.
L'évaluation du modèle bioprinté lui a permis de s'assurer que le stent qu'il utiliserait était de la bonne taille. Il est clairement impossible de tester la taille d'un stent chez un patient réel en raison du caractère invasif de la chirurgie. La technologie d'impression 3D en fait une option viable.
Les organoïdes imitent des organes réels, mais de plus petite taille, ouvrant des possibilités infinies pour tous les domaines, des procédures médicales aux tests pour en savoir plus sur les maladies. Des sociétés médicales telles que Organovo expérimentent actuellement l’impression 3D de tissus intestinaux et de foies afin d’étudier ces organes in vitro et de contribuer à la mise au point de traitements médicamenteux contre les maladies.
En mai 2018, la société a annoncé qu'elle disposait d'informations précliniques sur le fonctionnement du tissu hépatique dans le cadre d'une étude sur la tyrosinémie de type 1. La tyrosinémie est une maladie du foie qui affecte la façon dont le corps métabolise la tyrosine, un acide aminé, en raison de sa déficience dans le corps.
Le Wake Forest Institute a utilisé une approche associée pour développer un organoïde cérébral qui pourrait permettre aux scientifiques de découvrir de nouveaux médicaments et de modéliser des maladies. «En mai 2018, ils ont annoncé que leurs organoïdes avaient une barrière hémato-encéphalique fonctionnelle basée sur les cellules et imitant l'anatomie humaine normale.» Wake Forest travaille également sur l'impression de greffes de peau en 3D à appliquer aux patients brûlés.
Répéter les procédures chirurgicales
La répétition chirurgicale utilisant des organoïdes bio-imprimés aide les chirurgiens à pratiquer les chirurgies plus rapidement pour réduire le traumatisme du patient, ce qui permet de réaliser des économies substantielles. Il permet également aux chirurgiens de naviguer dans des procédures médicales compliquées.
Les chirurgies peuvent coûter 2 000 dollars de l’heure. Réduire le temps nécessaire à la chirurgie permet donc de réduire considérablement le coût des opérations. Les chirurgiens ont répété un large éventail de procédures allant des opérations de la colonne vertébrale aux greffes du visage intégral. Cette application médicale d’impression 3D est en train de devenir une pratique courante.
À Belfast, en janvier 2019, des chirurgiens ont pratiqué avant la greffe de rein d'une jeune femme en utilisant avec succès un modèle de rein bi-imprimé du donneur. Son père était le donneur d'organe, et il y avait beaucoup de complications parce que son rein avait un kyste dangereux et que son groupe sanguin n'était pas compatible avec le sien. La bioimpression a permis aux chirurgiens de localiser le kyste et d'évaluer sa taille.
Les médecins de Dubaï ont opéré une patiente souffrant d'un anévrisme cérébral grave, utilisant une carte en impression biologique de ses vaisseaux sanguins pour traverser ses artères en toute sécurité. Cette opération était compliquée car l'anévrisme était dans quatre veines.
L'impression 3D aide à trouver d'autres traitements médicamenteux pour les patients
Les patients souffrant de divers maux doivent souvent prendre plusieurs médicaments par jour pour se faire traiter. L'impression 3D permet aux chercheurs de personnaliser les médicaments en réduisant éventuellement plusieurs pilules. Avec l'impression 3D, les scientifiques peuvent s'entraîner à intégrer plus d'un médicament dans une seule capsule conçue pour libérer chaque médicament à des moments différents. Un polypill contenant trois médicaments différents a déjà été créé pour traiter les patients souffrant d'hypertension et de diabète. Les applications médicales de l’impression 3D faisant appel à la pharmacologie sont susceptibles de modifier considérablement le traitement des patients à l’avenir.
Prothèses et implants personnalisés pour les patients
Les chercheurs de Wake Forest sont déjà en train d'imprimer en 3D des structures musculaires, osseuses et auriculaires qu'ils ont transplantées chez des animaux pour voir comment ils fonctionneraient chez l'homme. Ces implants ont développé des systèmes de vaisseaux sanguins et des tissus fonctionnels, ce qui signifie que ces structures bio-imprimées ont la résistance, la taille et la fonction correctes à utiliser chez les humains.
Ces expériences ont prouvé qu’il était possible d’imprimer biologiquement des structures de tissus vivants pour remplacer celles des patients. Les chercheurs de Wake Forest ont accompli cela en utilisant une imprimante à jet d'encre classique qu'ils ont modifiée.
Les applications médicales d’impression 3D telles que les prothèses sur mesure fournissent aux utilisateurs des prothèses sur mesure hautement fonctionnelles. Cela accélère également le processus, car les personnes amputées doivent souvent attendre des semaines, voire des mois, pour obtenir leurs prothèses selon les méthodes traditionnelles.
L'impression 3D rend le processus plus rapide et plus rentable puisque ces produits sont moins chers. Ce processus est particulièrement rentable pour les enfants car ils deviennent souvent trop gros pour les prothèses.
Les patients peuvent désormais concevoir un membre qui répond à leurs besoins grâce à une société appelée Body Labs. Ils ont développé un système innovant qui permet aux patients de créer un modèle personnalisé pour une prothèse en analysant leurs membres réels. En conséquence, ils correspondent et se sentent mieux.
Implants chirurgicaux
Une autre application médicale d'impression 3D est le développement d'instruments chirurgicaux. Ce processus précis permet de créer une variété d’outils chirurgicaux stériles tels que des pinces, des hémostatiques, des poignées de scalpel et des forceps.
L'impression 3D produit des outils stériles et précis en raison de leurs racines dans la pratique de l'origami japonais. Ils peuvent également être rendus très petits à cause de cette pratique, ce qui signifie que les chirurgiens peuvent les utiliser pour opérer dans des zones minuscules causant moins de dommages aux patients.
L'utilisation de l'impression 3D coûte également beaucoup moins cher et il n'y a pas eu de coût supplémentaire pour les temps de fabrication plus courts, les modifications demandées par le chirurgien ou la complexité accrue. Un test de laboratoire a permis de créer des ensembles chirurgicaux entièrement reproductibles en 6 heures en moyenne par ensemble. Ces ensembles ont été réalisés à l’aide du SLS Sinterstation HiQ.
Ces applications médicales d'impression 3D révolutionnent la médecine moderne et transforment rapidement le secteur. Ils offrent des solutions rentables pour optimiser la qualité des soins aux patients à un prix inférieur. Cette réduction des coûts signifie que des procédures chirurgicales et médicales de pointe supplémentaires seront accessibles à davantage de personnes sans réduire la qualité des produits ou des services.
Au fur et à mesure que la technologie avance, la précision de l’impression 3D sera affinée, ce qui permettra d’inventer encore plus d’inventions médicales. Les chercheurs espèrent un jour pouvoir transplanter des organes chez l'homme, même si de nombreux obstacles technologiques et de coût doivent être surmontés. D'une part, la recherche et le développement de l'impression 3D sont coûteux. En outre, bien que l'impression 3D puisse maintenant imprimer des orgues miniatures, la mise à l'échelle est un problème pour les orgues de taille réelle.
Cependant, d'autres problèmes, tels que l'utilisation de donneurs pour la correspondance des tissus, pourraient être résolus en prélevant les cellules du receveur de la greffe pour développer l'organe de remplacement. L'utilisation des tissus du donneur pourrait minimiser les risques associés tels que le besoin d'immunosuppresseurs à vie et le rejet de greffe. Certains prédisent que les premiers organes complexes bioprintés pourraient être disponibles d'ici 20 ans.
Malgré les problèmes posés par les futurs remplacements d'organes, les applications médicales de l'impression 3D fournissent des résultats étonnants dans le domaine de la médecine aujourd'hui. L'impression 3D transforme le monde, un secteur à la fois, et joue un rôle crucial pour sauver des vies.
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