La fabrication additive, autrement appelée impression 3D, a été développée pour la première fois dans les années 1980. Elle consiste à prendre un modèle numérique ou un plan du sujet qui est ensuite imprimé en couches successives d’un matériau approprié pour créer une nouvelle version du sujet.
La technique a été appliquée à (et utilisée par) de nombreuses industries différentes, y compris la technologie médicale. Souvent, les techniques d’imagerie médicale, telles que les rayons X, la tomographie informatisée (CT), l’imagerie par résonance magnétique (IRM) et les ultrasons, sont utilisées pour produire le modèle numérique original, qui est ensuite introduit dans l’imprimante 3D.
Il a été prévu que l’impression 3D dans le domaine médical vaudra 3,5 milliards de dollars d’ici 2025, contre 713,3 millions de dollars en 2016. Le taux de croissance annuel composé de l’industrie est censé atteindre 17,7 % entre 2017 et 2025.
Il existe quatre utilisations principales de l’impression 3D dans le domaine médical qui sont associées à des innovations récentes : la création de tissus et d’organoïdes, les outils chirurgicaux, les modèles chirurgicaux spécifiques aux patients et les prothèses sur mesure.
La bio-impression de tissus et d’organoïdes
L’un des nombreux types d’impression 3D qui est utilisé dans le domaine des dispositifs médicaux est la bio-impression. Plutôt que d’imprimer en utilisant du plastique ou du métal, les bio-imprimeurs utilisent une pipette guidée par ordinateur pour superposer des cellules vivantes, appelées bio-encre, afin de créer des tissus vivants artificiels en laboratoire.
Ces constructions tissulaires ou organoïdes peuvent être utilisées pour la recherche médicale car elles imitent les organes à une échelle miniature. Ils sont également testés en tant qu’alternatives moins coûteuses aux transplantations d’organes humains.
La société américaine de laboratoire médical et de recherche Organovo expérimente l’impression de tissus hépatiques et intestinaux pour aider à l’étude des organes in vitro, ainsi qu’au développement de médicaments pour certaines maladies. En mai 2018, la société a présenté des données précliniques sur la fonctionnalité de son tissu hépatique dans un programme pour la tyrosinémie de type 1, une maladie qui entrave la capacité de l’organisme à métaboliser l’acide aminé tyrosine en raison de la déficience d’une enzyme.
Le Wake Forest Institute en Caroline du Nord, aux États-Unis, a adopté une approche similaire en développant un organoïde cérébral en 3D avec des applications potentielles dans la découverte de médicaments et la modélisation des maladies. L’université a annoncé en mai 2018 que ses organoïdes présentent une barrière hémato-encéphalique fonctionnelle entièrement cellulaire qui imite l’anatomie humaine normale. Elle a également travaillé sur l’impression 3D de greffes de peau qui peuvent être appliquées directement aux victimes de brûlures.
Préparation de la chirurgie assistée par l’utilisation de modèles imprimés en 3D
Une autre application de l’impression 3D dans le domaine médical est la création de répliques d’organes spécifiques aux patients sur lesquelles les chirurgiens peuvent s’exercer avant de réaliser des opérations compliquées. Il a été prouvé que cette technique permet d’accélérer les procédures et de minimiser les traumatismes pour les patients.
Ce type de procédure a été réalisé avec succès dans des opérations chirurgicales allant d’une greffe de visage complet à des procédures de la colonne vertébrale et commence à devenir une pratique de routine.
À Dubaï, où les hôpitaux ont pour mandat d’utiliser l’impression 3D de manière libérale, les médecins ont opéré avec succès une patiente qui avait souffert d’un anévrisme cérébral dans quatre veines, en utilisant un modèle imprimé en 3D de ses artères pour cartographier la manière de faire naviguer les vaisseaux sanguins en toute sécurité.
En janvier 2018, des chirurgiens de Belfast se sont exercés avec succès à une greffe de rein pour une femme de 22 ans en utilisant un modèle imprimé en 3D du rein de sa donneuse. La transplantation a connu des complications car son père, qui était son donneur, avait un groupe sanguin incompatible et son rein a été découvert avec un kyste potentiellement cancéreux. En utilisant la réplique imprimée en 3D de son rein, les chirurgiens ont pu évaluer la taille et l’emplacement de la tumeur et du kyste.
Impression 3D d’instruments chirurgicaux
Les instruments chirurgicaux stériles, tels que les pinces, les hémostatiques, les manches de scalpel et les pinces, peuvent être produits à l’aide d’imprimantes 3D.
Non seulement l’impression 3D produit des outils stériles, mais certains sont basés sur l’ancienne pratique japonaise de l’origami, ce qui signifie qu’ils sont précis et peuvent être rendus très petits. Ces instruments peuvent être utilisés pour opérer des zones minuscules sans causer de dommages supplémentaires inutiles au patient.
L’un des principaux avantages de l’utilisation de l’impression 3D plutôt que des méthodes de fabrication traditionnelles pour produire des instruments chirurgicaux est que les coûts de production sont nettement inférieurs.
Prothèses sur mesure grâce à l’impression 3D
L’impression 3D dans le domaine médical peut être utilisée pour produire des membres prothétiques qui sont personnalisés pour convenir et s’adapter au porteur. Il est courant pour les personnes amputées d’attendre des semaines ou des mois pour recevoir des prothèses par la voie traditionnelle ; cependant, l’impression 3D accélère considérablement le processus, ainsi que la création de produits beaucoup moins chers qui offrent aux patients les mêmes fonctionnalités que les prothèses fabriquées traditionnellement.
Le prix plus bas de ces produits les rend particulièrement applicables à l’utilisation avec les enfants, qui deviennent rapidement trop grands pour leurs membres prothétiques.
L’impression 3D permet également au patient de concevoir une prothèse qui correspond directement à ses besoins. Par exemple, Body Labs a créé un système qui permet aux patients de modeler leur prothèse sur leurs propres membres par le biais d’un scanner, afin de créer un ajustement et une apparence plus naturels. De plus, des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology ont cherché à concevoir des emboîtages de prothèses plus confortables.
.