Nouveaux dispositifs et instruments médicaux
L’impression 3D est pratiquement devenue synonyme de prototypage rapide. La facilité d’utilisation et le faible coût de l’impression 3D en interne ont également révolutionné le développement de produits et de nombreux fabricants d’outils médicaux ont adopté cette technologie pour produire de tout nouveaux dispositifs médicaux et instruments chirurgicaux.
Plus de 90 % des 50 plus grandes entreprises de dispositifs médicaux utilisent l’impression 3D pour créer des prototypes précis de dispositifs médicaux, ainsi que des gabarits et des montages pour simplifier les tests.
Selon Alex Drew, ingénieur de projet mécanique chez DJO Surgical, un fournisseur mondial de dispositifs médicaux. « Avant que DJO Surgical n’intègre le à bord, nous dépendions presque exclusivement de fournisseurs d’impression externes pour les prototypes. Aujourd’hui, nous utilisons quatre machines Formlabs, et l’impact a été profond. Notre taux d’impression 3D a doublé, le coût a été réduit de 70 % et le niveau de détail de l’impression permet une communication claire des conceptions avec les chirurgiens orthopédiques. »
Les entreprises de dispositifs médicaux comme Coalesce utilisent l’impression 3D pour créer des prototypes précis de dispositifs médicaux.
L’impression 3D peut accélérer le processus de conception en itérant des conceptions complexes en quelques jours au lieu de plusieurs semaines. Lorsque Coalesce a été chargé de créer un dispositif d’inhalation capable d’évaluer numériquement le profil de débit inspiratoire d’un patient asthmatique, l’externalisation auprès de prestataires de services aurait entraîné de longs délais pour chaque prototype. Les fichiers de conception auraient dû être minutieusement affinés par diverses itérations avant d’être envoyés hors site pour être construits.
Au lieu de cela, l’impression 3D SLA de bureau a permis à Coalesce de conserver l’intégralité du processus de prototypage en interne. Les prototypes étaient aptes à être utilisés dans les études cliniques et ressemblaient à un produit fini. En fait, lorsqu’ils ont présenté le dispositif, leurs clients ont pris le prototype pour le produit final.
Dans l’ensemble, l’impression en interne a représenté une énorme réduction de 80 à 90 % du délai de réalisation des prototypes. Qui plus est, les pièces ne prenaient que huit heures à imprimer et pouvaient être finies et peintes en quelques jours, alors que le même processus aurait pris une semaine ou deux par le biais d’un entrepreneur externe.
Prothèses abordables
Chaque année, des centaines de milliers de personnes perdent un membre, mais seul un sous-ensemble d’entre elles a accès à une prothèse pour récupérer sa fonction.
Les prothèses simples ne sont disponibles qu’en quelques tailles, les patients doivent donc se contenter de ce qui leur convient le mieux, tandis que les dispositifs bioniques sur mesure conçus pour imiter les mouvements et les prises de vrais membres qui s’appuient sur les muscles du membre résiduel d’une personne pour contrôler leurs fonctions sont si coûteux qu’ils ne sont accessibles qu’aux patients disposant de la meilleure assurance maladie dans les pays développés. Cette situation affecte particulièrement les prothèses pour enfants. Au fur et à mesure que les enfants grandissent et se lancent dans l’aventure, ils deviennent inévitablement trop grands pour leurs prothèses et nécessitent des réparations coûteuses.
La difficulté réside dans l’absence de procédés de fabrication permettant de produire des pièces sur mesure à un prix abordable. Mais de plus en plus, les prothésistes peuvent tirer parti de la liberté de conception très remarquée de l’impression 3D pour atténuer ces obstacles financiers élevés au traitement.
Des initiatives telles que e-NABLE permettent à des communautés entières dans le monde de se former autour de prothèses imprimées en 3D. Elles impulsent un mouvement indépendant dans la production de prothèses en partageant gratuitement en ligne des informations et des conceptions en open-source, afin que les patients puissent obtenir une prothèse sur mesure et bien adaptée pour eux pour seulement 50 dollars.
D’autres inventeurs, comme Lyman Connor, vont encore plus loin. Avec seulement une petite installation de quatre imprimantes 3D de bureau, Lyman a pu compléter et adapter ses premières prothèses de production. Son objectif ultime ? Créer une main personnalisable, entièrement bionique, qui sera vendue à une fraction du prix de détail actuel de dizaines de milliers de dollars pour des prothèses aussi avancées.
Ailleurs, des chercheurs du MIT ont également identifié l’impression 3D comme un moyen optimal de produire des emboîtures de prothèses plus confortables.
Il va sans dire que le faible coût de production de ces prothèses, ainsi que la liberté qui accompagne les conceptions personnalisées, se sont avérés révélateurs. Les prothèses fabriquées à l’aide de l’impression 3D peuvent être transformées en deux semaines seulement et peuvent ensuite être essayées et entretenues à un coût bien inférieur à celui de leurs homologues traditionnels.
A mesure que les coûts continuent de diminuer et que les propriétés des matériaux s’améliorent, l’impression 3D jouera sans aucun doute un rôle croissant dans ce département des soins de santé.
Soles et orthèses correctrices
Plusieurs des mêmes obstacles financiers élevés au traitement observés dans les prothèses sont également natifs de domaines tels que les orthèses et les semelles. Comme de nombreux autres dispositifs médicaux spécifiques aux patients, les orthèses personnalisées sont souvent inaccessibles en raison de leur coût élevé et prennent des semaines ou des mois pour être fabriquées. Avec l’impression 3D, cela ne doit plus être le cas.
L’exemple de Matej et de son fils Nik nous vient à l’esprit. Né prématurément en 2011, les difficultés rencontrées lors de l’accouchement ont provoqué chez Nik une paralysie cérébrale, une pathologie qui touche près de vingt millions de personnes dans le monde. Matej a été inspiré par la volonté inébranlable de son fils de transcender les limites de sa condition, mais il a été confronté à un choix entre une orthèse standard, préfabriquée, qui aurait été inadéquate et inconfortable pour son fils, et une solution personnalisée coûteuse qui prendrait des semaines ou des mois à être livrée, pour être rapidement rendue obsolète par un enfant en pleine croissance.
Il a décidé de prendre les choses en main et a cherché de nouvelles solutions pour atteindre cet objectif. Grâce à la liberté offerte par les technologies numériques, notamment la numérisation et l’impression 3D, Matej et les kinésithérapeutes de Nik ont pu expérimenter librement et développer un tout nouveau flux de travail innovant pour les orthèses cheville-pied (AFO).
L’orthèse sur mesure et imprimée en 3D qui en a résulté a fourni à Nik un soutien, un confort et une correction précisément là où cela était nécessaire, l’aidant ainsi à faire enfin ses premiers pas indépendants. Ce dispositif orthétique personnalisé reprenait la finition hautement ajustée des orthèses haut de gamme, à une fraction du prix, et sans aucun autre ajustement nécessaire.
Les professionnels du monde entier utilisent l’impression 3D pour réinventer des semelles et des orthèses spécifiques aux patients et aux clients, ainsi qu’une gamme d’autres outils pour améliorer la thérapie physique. Par le passé, le déroulement d’une thérapie physique à l’aide d’outils personnalisés s’était avéré difficile. Les patients étaient souvent confrontés à de longs délais d’attente et à des pièces finies qui entraînaient un certain inconfort. L’impression 3D est en passe de changer ce statu quo. Les semelles et orthèses imprimées en 3D se sont avérées mieux adaptées, ont conduit à de meilleurs résultats thérapeutiques et ont fourni un plus grand degré de confort et d’utilisation aux patients.
Bioprinting, Tissue Engineering, 3D Printed Organs and Beyond
Les moyens conventionnels de traiter les patients souffrant de graves défaillances d’organes impliquent actuellement l’utilisation d’autogreffes, une greffe de tissus d’un point à un autre du corps du même individu, ou de greffes d’organes provenant d’un donneur. Les chercheurs dans les domaines de la bio-impression et de l’ingénierie tissulaire espèrent bientôt changer cela et être en mesure de créer des tissus, des vaisseaux sanguins et des organes à la demande.
La bio-impression 3D fait référence à l’utilisation de procédés de fabrication additive pour déposer des matériaux connus sous le nom de bioinks afin de créer des structures semblables à des tissus qui peuvent être utilisées dans le domaine médical. L’ingénierie tissulaire fait référence aux diverses technologies en évolution, y compris la bio-impression, pour cultiver des tissus et des organes de remplacement en laboratoire afin de les utiliser pour traiter les blessures et les maladies.
Avec l’aide de l’impression 3D de haute précision, des chercheurs comme le Dr Sam Pashneh-Tala de l’Université de Sheffield ont apporté de nouvelles possibilités à l’ingénierie tissulaire.
Pour diriger la croissance cellulaire de manière à former le tissu requis, le Dr Pashneh-Tala cultive des cellules vivantes sur un échafaudage en laboratoire, qui fournit un modèle de la forme, de la taille et de la géométrie requises. Par exemple, une structure tubulaire est nécessaire pour créer un vaisseau sanguin pour un patient souffrant de maladies cardiovasculaires. Les cellules se multiplient et recouvrent l’échafaudage, dont elles prennent la forme. L’échafaudage se désagrège ensuite progressivement, laissant les cellules vivantes disposées selon la forme du tissu cible, qui est cultivé dans un bioréacteur, une chambre qui contient le tissu en développement et peut reproduire l’environnement interne du corps, pour acquérir les performances mécaniques et biologiques du tissu organique.
Chambre de bioréacteur imprimée en 3D avec une aorte miniature issue de l’ingénierie tissulaire se développant à l’intérieur. Le tissu est cultivé dans le bioréacteur pour acquérir les performances mécaniques et biologiques d’un tissu organique.
Cela permettra aux scientifiques de créer des modèles de greffes vasculaires spécifiques aux patients, des options chirurgicales améliorées et fournit une plateforme d’essai unique pour les nouveaux dispositifs médicaux vasculaires destinés aux personnes souffrant de maladies cardiovasculaires, qui sont actuellement la première cause de décès dans le monde. Ensuite, l’objectif ultime est de créer des vaisseaux sanguins prêts à être implantés chez les patients. Comme l’ingénierie tissulaire utilise des cellules qui sont prélevées sur le patient nécessitant le traitement, elle élimine la possibilité de rejet par le système immunitaire – un problème majeur dans les procédures conventionnelles de transplantation d’organes aujourd’hui.
L’impression 3D s’est avérée capable de répondre aux défis de la production de vaisseaux sanguins synthétiques en résolvant les difficultés de recréer les formes, tailles et géométries précises du vaisseau requis. Le fait de pouvoir faire correspondre étroitement les solutions imprimées aux besoins spécifiques des patients s’est révélé révélateur.
Dans les mots du Dr Pashneh-Tala : » offre la possibilité d’améliorer les options chirurgicales et même de concevoir des vaisseaux sanguins adaptés aux patients. Sans l’accès à l’impression 3D de haute précision et abordable, la création de ces formes ne serait pas possible. »
Nous avons assisté à des percées passionnantes dans les matériaux biologiques pouvant être utilisés dans les imprimantes 3D. Les scientifiques développent de nouveaux matériaux hydrogel qui ont la même consistance que les tissus organiques que l’on peut trouver dans le cerveau et les poumons humains et qui peuvent être compatibles avec divers procédés d’impression 3D. Les scientifiques espèrent pouvoir les implanter sur un organe, pour servir d' » échafaudage » sur lequel les cellules seraient encouragées à se développer.
Bien que la bio-impression d’organes internes entièrement fonctionnels tels que des cœurs, des reins et des foies semble encore futuriste, les progrès des techniques d’impression 3D hybrides se produisent à un rythme très rapide.
Tôt ou tard, la construction de matière biologique dans les imprimantes de laboratoire devrait conduire à la capacité de générer de nouveaux organes imprimés en 3D entièrement fonctionnels. En avril 2019, des scientifiques ont créé le premier cœur en 3D en utilisant les matériaux biologiques d’un patient à l’Université de Tel Aviv. La minuscule réplique a été créée à l’aide des matériaux biologiques du patient, engendrant une correspondance complète du profil immunologique, cellulaire, biochimique et anatomique du patient.
« A ce stade, notre cœur 3D est petit, de la taille d’un cœur de lapin, mais des cœurs humains plus grands nécessitent la même technologie », a déclaré le professeur Tal Dvir.
Le premier cœur bioprint en 3D, créé à l’Université de Tel Aviv.
Quel est l’avenir de l’impression 3D médicale ?
Des procédés d’impression 3D précis et abordables comme la stéréolithographie de bureau démocratisent l’accès à la technologie, permettant aux professionnels de la santé de développer de nouvelles solutions cliniques et de fabriquer rapidement des dispositifs personnalisés, et permettant aux médecins de fournir de nouveaux traitements à travers le monde.
A mesure que les technologies et les matériaux d’impression 3D continueront de s’améliorer, ils ouvriront la voie à des soins personnalisés et à des applications médicales à fort impact.
En savoir plus sur l’impression 3D dans les soins de santé.