C’est une “révolution industrielle”, ainsi était qualifiée l’impression 3D par Barack Obama en 2013. En effet, depuis ses débuts il y a 30 ans, l’impression 3D connaît un essor fulgurant et promet de grandes innovations dans le milieu de l’industrie. Son principe, pourtant simple, n’est autre que la superposition de couches successives afin d’obtenir des volumes, une version en trois dimensions de notre traditionnelle impression sur papier. Aujourd’hui, c’est une technologie appliquée à de nombreux domaines et qui utilise désormais une grande variété de matériaux différents (résines, plastique, céramique et bien d’autres). Concernant le domaine de la santé, son application prometteuse en chirurgie permettrait la reconstitution de tissus et d’organes, par la technique de bio impression, dérivée de l’impression 3D.
L’impression 3D a permis la fabrication de prothèses, à partir de matière inerte, qui ont pu être implantées chez des patients. Par exemple, en 2011, une mâchoire en titane a été implantée puis en mai 2013, une prothèse de trachée est réalisée pour un nouveau-né. C’est alors que les chercheurs se sont donnés pour mission d’imprimer de la matière vivante cellulaire en initiant ainsi le monde de la santé à la bio impression.
La bio-impression découle de l’apparition de la médecine régénérative et d’une volonté de remplacer les cellules endommagées du corps humain par des organes sains. D’ailleurs, l’utilisation majeure des organes imprimés serait la transplantation. Cette technologie consiste à utiliser du matériel vivant, le plus souvent des cellules, associé à une imprimante 3D. Ainsi, il est possible d’obtenir des tissus vivants complexes comme de la peau, du cartilage, et même du tissu hépatique. Pour cela, on utilise plusieurs toners, sortes de “cartouches” qui renferment différents types de cellules, des molécules et des protéines facteurs de croissance, des protéines de l’adhésion et de la cohésion cellulaire, indispensables au contact cellulaire. La matière vivante est assemblée après superposition de couches, à partir de cellules souches qui forment l’encre biologique. Plus concrètement, on peut utiliser les cellules souches d’un patient, préalablement cultivées, pour reconstituer un élément tissulaire. Il existe de nombreux exemples de recherche et d’innovation pour expliquer l’impact médical de cette technologie d’impression.
La bio imprimante est aujourd’hui utilisée dans les essais de médicaments ou pour l’entraînement des chirurgiens en amont d’une intervention. Une équipe de chercheurs Lausannois a pu imprimer un pancréas miniature en seulement quelques dizaines de secondes. Finalement, l’objectif est de reconstruire l’organe étudié du patient pour y tester des médicaments. Ce mini organe va donc permettre de tester les médicaments du diabète et d’en personnaliser au maximum la prise en charge pour des traitements mieux adaptés. La technologie de bio impression employée ici utilise un gel biologique, contenant des cellules souches, traversé par un laser. La matière est solidifiée par polymérisation selon le principe de la tomographie. La bio impression par tomographie est une technique précise et rapide pour contenir la viabilité des cellules. Elle peut imprimer à la fois des tissus mous (organes) et des tissus durs (gouttières dentaires) en un seul bloc résistant et complet de cellules. Cette technologie utilisée en Suisse par la startup Readily3D n’est qu’un exemple parmi tant d’autres techniques d’impression en santé.
Une autre illustration de l’application de l’impression 3D dans le domaine médical est celle de la reconstruction d’une valve aortique cardiaque par des chercheurs américains. Par tomodensitométrie, les scientifiques retracent les courbes exactes de la valve aortique d’un patient pour en faire une modélisation informatique. Le modèle, ensuite imprimé en silicone, est le reflet exact de la valve du patient en termes de pression, de sensation ou de morphologie et prépare le chirurgien aux structures mécaniques du cœur du patient avant son opération.
La peau bio imprimée a elle aussi été utilisée dans les laboratoires cosmétiques afin de tester les nouvelles formules. Désormais, dans une perspective de greffe pour les grands brûlés et d’utilité en bloc opératoire, la bio impression de peau cherche ses marques dans des applications à visée thérapeutique. Des essais précliniques ont été lancés en février 2020. Cependant, la peau bio imprimée est classée en tant que “médicament de thérapie innovante” et requiert donc de nombreuses exigences réglementaires pour être opérationnelle sur l’homme.
Enfin, à Lyon, une jeune startup appelée Healshape est spécialisée dans la reconstruction mammaire chez les femmes qui auraient subi une mastectomie à la suite d’un cancer du sein ou par volonté d’esthétisme. Cette reconstruction serait permise grâce à une poche d’hydrogel proche des tissus humains et fabriquée par impression 3D. La bioprothèse est implantée chez la femme et contribue à la stimulation et à la régénération des celulles mamaires.
On peut donc comprendre que la bio impression aide à la personnalisation des traitements en prenant compte du profil biologique et anatomique du patient. Cette notion d’individualisation du traitement s’illustre aussi avec l’impression 3D de médicaments personnalisés. Après avoir utilisé l’impression en trois dimensions pour réaliser des outils ou des prototypes de comprimés, Sanofi se lance dans la production de médicaments imprimés. Cette innovation se démarque par une grande souplesse concernant la variabilité des doses du médicament, lors des besoins spécifiques des patients, sans avoir à en modifier toute la galénique. De plus, la fabrication d’un tel médicament offre d’innombrables possibilités de modulation pour satisfaire la libération du principe actif et par conséquent améliorer la pertinence des traitements, selon le poids ou l’âge de la personne par exemple. Un allègement de la polymédicamentation est aussi envisagé chez les personnes âgées grâce aux médicaments combinés en une seule impression.
La bio impression laisse entrevoir une infinité de terrains de recherche possibles pour répondre à des problématiques de santé, avec toujours pour objectif une meilleure prise en charge, spécifique, rapide et efficace. Cependant, ce progrès médical pose malgré tout certains problèmes éthiques. En effet, la bio impression s’oriente vers une dimension singulière des traitements et ne peut être utilisée pour la production de masse. Dans l’hypothèse d’un mauvais usage de cette technologie si prometteuse, on pourrait craindre certaines dérives. D’ailleurs, il n’existe pour le moment que très peu voire aucune réglementation concernant la bio impression et celle-ci n’est encore pratiquée que dans les laboratoires de recherche.
Maud Hervé
Sources :
- « Les médicaments de demain seront-ils imprimés en 3D ? » – Sanofi
- « Les médecins pourront imprimer votre valve cardiaque en 3D avant d’opérer » – Science et vie
- « L’impression 3D s’attaque au coronavirus » – Science et Vie
- « Qu’apporte de plus l’impression 4D ? » – Science et Vie
- « Un mini-pancréas humain imprimé en quelques secondes » – L’usine nouvelle
- « Des objets miniatures ultra précis réalisés en un éclair » – EPFL
- « About us » – Readily3D
- « La bio-impression, futur de la médecine sur-mesure ? » – 3Dnatives