L’impression 3D s’empare du vivant

Le 27 mars dernier, à la Maison d’Arts & Métiers, à Paris, des spécialistes ont présenté les nombreux avantages qu’apportait la fabrication additive au monde de la santé et du handicap. Une révolution qui devrait bouleverser les usages dans les années à venir.

Les chercheurs sont aujourd’hui capables de développer des bio-encres constituées d’hydrogels (polymères) et de cellules-souches, utilisables par une imprimante 3D afin de reconstituer des tissus biologiques. Ces modèles physiologiques de peau sont sortis des labos de la société bordelaise Poietis, qui valorise les brevets émanant de l’Inserm et de l’université de Bordeaux en matière de bio-impression par Laser.

Nul besoin d’être grand clerc pour comprendre le changement de paradigme que représente la fabrication additive (couramment appelée impression 3D) dans le milieu industriel ou celui de la fabrication en général. En substituant au traditionnel enlèvement de matière (usinage) une création d’éléments couche par couche, le concept ouvre l’accès à des structures beaucoup plus complexes, aux propriétés mécaniques nettement plus recherchées (jusqu’à des composés auxétiques, qui grossissent quand on les étire). De nouvelles perspectives ne cessent d’apparaître dans différents domaines : dans l’aéronautique, toujours en quête d’allégement ; dans le BTP, pour construire des pans entiers de villas et d’immeubles, comme on a pu le voir dès 2014 en Chine ; dans l’agroalimentaire, notamment pour «imprimer» du sucre ; ou dans les arts décoratifs, pour créer du mobilier . Le secteur de la santé devrait être, lui aussi, particulièrement touché.

Gouttière dentaire thérapeutique modélisée par un logiciel 3D Exocad à partir d’un scan de la bouche du patient et imprimé en 3D.

De nouvelles perspectives

Lors de la conférence donnée le 27 mars à Iéna, Léopold Lanne (Li. 210) et Léonard Gaucher (Me. 210), cofondateurs de 3Dcelo, cabinet de conseil et formation en impression 3D, ont présenté les applications dans ce domaine. La fabrication de médicaments au moyen de l’impression 3D permettrait, par exemple, d’atteindre des niveaux de porosité bien supérieurs qu’avec les méthodes classiques (un paramètre essentiel, notamment pour les antiépileptiques). Et, plus loin, de lutter contre les déserts médicaux, en n’exigeant pas forcément la présence d’un pharmacien — cette question est sujette à controverse. Par ailleurs, on sait désormais «imprimer» des tissus vivants à partir de cellules-souches, ce qui laisse entrevoir des perspectives dans le domaine des greffes, notamment quand on imprimera des organes. Enfin, la chirurgie y trouve une multitude d’applications, depuis la simulation en salle d’opération pour optimiser le temps d’intervention jusqu’aux prothèses qui bénéficient de l’optimisation mécanique des matériaux.

Sous la semelle, le flux numérique

Ces derniers progrès ont été développés par les intervenants à la conférence du 27 mars. Morgan Franc dirige Prodways Healthcare, filiale du groupe Gorgé et fabricant majeur d’imprimantes 3D en France. Il est revenu sur l’une des plus fortes activités du groupe, la réalisation de semelles orthopédiques sur mesure : «Nous avons développé un flux numérique intégré que nous mettons au service des podologues et podo-orthésistes. Alors qu’elles n’avaient guère évolué ces dernières décennies, les semelles commencent à s’ouvrir à l’innovation, à travers les systèmes connectés, mais aussi de nouvelles structures de matériaux beaucoup plus faciles à manipuler en fabrication additive. Par ailleurs, la conception de la semelle se fait à partir de données numérisées, un “input” de plus en plus accessible : il n’est pas aberrant de penser que, d’ici à deux ou trois ans, nos smartphones seront équipés d’une caméra 3D capable de scanner un pied.» On pourra également récupérer, traiter puis exploiter les mégadonnées fournies par nos semelles connectées.

Semelle orthopédique ScientiFeet de Prodways Healthcare. Conçue à partir d’un scan du pied du patient, elle est imprimée par frittage de poudre.


Autre invité, Jean-Pierre Attal est chirurgien-dentiste et directeur de l’unité de recherche en biomatériaux innovants et interfaces à l’université Paris-Descartes. Il a insisté sur les multiples révolutions engendrées par l’impression 3D : «Cela fait vingt-cinq ans que les dentistes savent prendre des empreintes numériques en bouche, concevoir une prothèse et lancer sa fabrication assistée par ordinateur. Mais le procédé par usinage gâche beaucoup de matière et ne permet de travailler qu’un seul matériau. Or, une dent, c’est beaucoup plus complexe que ça !» En effet, impossible de retrouver la triple composition de la dent (dentine, émail et jonction entre les deux), qui permettrait d’obtenir une résilience naturelle que les meilleurs mécaniciens ont encore du mal à appréhender. On s’en approche grâce à la fabrication additive.
D’autres révolutions sont en cours dans le domaine dentaire, que ce soit en esthétique, en implantologie, en orthodontie (gouttières transparentes) ou en médecine régénératrice. Ce dernier point illustre d’ailleurs l’ampleur des progrès récents : on peut désormais créer des guides permettant de faire repousser l’os. Un échafaudage d’hydroxyapatite aux porosités bien spécifiques va guider les ostéoblastes, les cellules qui génèrent du tissu osseux. «Aujourd’hui, explique le chirurgien, on arrive à faire pousser 4 mm d’os sur un maxillaire de mouton. Un résultat spectaculaire et inenvisageable il y a quelques années !»

Cartilage d’oreille produit par les chercheurs de l’université de Wake Forest (Caroline du Nord).

Une barrière est franchie

Les débuts de l’impression 3D ne datent pas d’hier, puisque les premiers brevets ont été déposés en 1984 (quasi simultanément) par les Français Jean-Claude André, Olivier De Witte et Alain Le Méhauté et par l’Américain Chuck Hull. Aujourd’hui, trois grands principes sont utilisés par l’industrie et le grand public : le FDM (Fused Deposition Modeling), la stéréolithographie et le frittage laser. Technique à part,
la bio-impression permet de créer des tissus vivants à partir de cellules-souches : les «têtes d’impression» déposent des cellules et des hydrogels qui permettent d’échafauder un tissu et des vaisseaux. Jusqu’à il y a peu, la technique achoppait sur un problème de résolution : il était impossible de créer des vaisseaux de diamètre inférieur à 100 µm. Cette barrière semble en passe d’être franchie, et la méthode destinée à un bel avenir, en particulier dans le domaine des greffes de tissus et d’organes.

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