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santeDIMANCHE 27 OCTOBRE 2013
L’imprimante 3D pour réparer le corps
L’impression sur mesure révolutionne déjà la production de prothèses et d’implants médicaux. Elle laisse aujourd'hui entrevoir la création d’organes artificiels.
Par Julie Zaugg

Myles Bartlett se souvient parfaitement de la réaction de sa fille Stella la première fois qu’elle a enfilé son WREX, un exosquelette en plastique fixé à ses membres supérieurs. «Elle a eu un instant de choc, puis elle a saisi un pinceau et s’est mise à peindre durant plus d’une heure», raconte ce Canadien.

La fillette de 3 ans est atteinte d’amyotrophie spinale, une maladie génétique qui affecte la façon dont son cerveau communique avec ses muscles. «Elle est extrêmement faible, se fatigue vite et peine à lever les bras.» Le WREX lui permet de mouvoir la partie supérieure de son corps sans avoir à subir l’effet de la gravité. «Elle peut aujourd’hui se nourrir toute seule, lever la main en classe et jouer avec ses camarades, décrit-il. Le WREX lui a changé la vie.»

Stella n’aurait jamais pu profiter de cet outil sans l’avènement d’une nouvelle technique, qui est en train de révolutionner la médecine: l’impression 3D. «La première version du WREX, que nous avons produite en 2005, était en métal, relate Tariq Rahman, ingénieur en mécanique qui a développé la structure à l’hôpital pour enfants Alfred I. duPont de Wilmington, dans le Delaware (Etats-Unis). Un enfant aussi jeune n’aurait jamais eu la force de la porter.»

L’ingénieur a donc produit un WREX en plastique, une matière plus légère, avec une imprimante 3D, un appareil qui fabrique des objets en additionnant des couches de fines gouttelettes de plastique liquide. «Cette méthode nous a permis de personnaliser l’exosquelette pour qu’il soit parfaitement adapté à la taille du patient, poursuit-il. Nous prenons ses mesures, les rentrons dans l’ordinateur et celui-ci génère un modèle informatique en 3D du WREX qui est ensuite fabriqué sur mesure par l’imprimante.»

Lorsque Stella grandira, ses bras mécaniques pourront être adaptés en permanence. «Les nouvelles pièces nous seront envoyées par la poste et nous n’aurons qu’à les intégrer au WREX avec un tournevis», sourit Myles Bartlett. Il y a quelques semaines, un morceau de l’exosquelette s’est cassé. J’ai averti l’hôpital le lundi et j’ai reçu la nouvelle pièce le mercredi. Sans l’imprimante 3D, cela aurait pris des semaines.»

Un corps entièrement reproductible

Les industrie dentaire, des appareils auditifs et des prothèses orthopédiques ont été les premières à saisir le potentiel de cette nouvelle technique. Elles produisent depuis plusieurs années des couronnes, des appareils orthodontiques, des audioprothèses ou des membres artificiels personnalisés, à partir d’un scan en 3D de l’anatomie du client. Plus récemment, elle a servi à améliorer les implants. «On peut désormais produire des rotules de la hanche ou des disques vertébraux synthétiques sur mesure et d’une seule pièce à partir des données du patient, relève Tim Caffrey, un ingénieur et consultant spécialisé dans l’impression 3D. Ils sont mieux adaptés à la morphologie, plus solides et moins chers.»

Un patient américain vient de se faire remplacer 75% de sa boîte crânienne par un implant en PEKK, un polymère, fabriqué avec une imprimante 3D. «Ce matériaux est plus léger que les pièces métalliques normalement utilisées, qui pouvaient donner le tournis ou des maux de tête aux patients», détaille Tim Caffrey. En 2012, une équipe de médecins néerlandais a implanté un os de la mâchoire en titane à une femme de 83 ans. Sa fine structure en treillis, qui imite celle de l’os et a permis de gagner quelques grammes, a été obtenue grâce à l’impression 3D.

Cette technique facilite également la miniaturisation de certains processus. Kaiba Gionfriddo, un bambin âgé de 2 ans, lui doit la vie. Né avec une malformation de la trachée, il ne pouvait pas respirer tout seul. «Nous nous sommes servis d’une image de ses voies respiratoires pour produire une minuscule attelle avec une imprimante 3D, qui a été implantée dans sa trachée pour la maintenir ouverte, explique Scott Hollister, le médecin de l’Université de Michigan qui a réalisé la procédure en 2012. Elle est composée d’un polymère qui va se dissoudre dans son corps dans deux ans environ. D’ici là, sa trachée aura eu le temps de se développer suffisamment.»

Des interventions simplifiées

Dans les hôpitaux de la chaîne Metrohealth, dans l’Ohio, l’impression 3D est mise à profit pour améliorer la sécurité des patients. La division de chirurgie reconstructive maxillo-faciale s’en sert pour produire un modèle en matière synthétique du visage des personnes qui doivent subir une opération. Cela permet aux chirurgiens de s’exercer en amont de l’intervention, de déterminer l’option la moins invasive et de prévoir à l’avance quels types d’implants osseux leur seront nécessaires. «Le patient passe ainsi moins de temps sous anesthésie», note Tim Caffrey.

La méthode a été utilisée pour la première fois en 2002, avant une opération délicate destinée à séparer deux jumelles guatémaltèques reliées par le crâne. L’intervention a duré 22 heures «au lieu des 97 heures normalement requises par ce genre de procédure», selon Eitan Priluck, fondateur de Biomedical Modeling, la firme de Boston qui a fourni le modèle des crânes des deux fillettes.

L’impression 3D pourrait servir d’ici peu à révolutionner la médecine de façon plus spectaculaire encore. La firme californienne Organovo, créée en 2008, a inventé une imprimante qui fonctionne avec de «l’encre» composée de matériel biologique, tel que des cellules. «Nous avons notamment pu produire des morceaux de tissu de foie, du muscle cardiaque et des artères, détaille Eric David, l’un des fondateurs d’Organovo. Nos clients sont des laboratoires de recherche ou des entreprises pharmaceutiques qui souhaitent tester l’efficacité ou la toxicité de nouveaux médicaments. Ces modèles reproduisent en effet parfaitement l’architecture des tissus humains, tels qu’on les trouve dans le corps, contrairement aux cultures de cellule en 2D utilisées normalement.»

A terme, Organovo espère pouvoir imprimer un organe entier, comme un foie ou un rein, et l’implanter dans un patient. «Cela serait extrêmement précieux, au vu du manque de donateurs», estime Eric David. Il serait fabriqué à partir des cellules du patient qui va le recevoir. «On éviterait ainsi qu’il ne soit rejeté», précise-t-il. En avril, la firme a annoncé qu’elle avait réussi à produire un morceau de foie. Il est doté d’un réseau micro-vasculaire et est capable de répliquer une bonne partie des fonctions de cet organe, comme la synthèse du cholestérol. Si les recherches se poursuivent de manière convaincante, il faudra néanmoins attendre plusieurs années pour obtenir un organe 100% fonctionnel.

De premiers résultats prometteurs

Jeremy Mao, un chercheur de l’Université de Columbia, s’est pour sa part intéressé à l’impression de dents et d’os. «Nous avons fabriqué une structure en os ou en émail synthétique qui reproduit la forme du tissu qu’on veut régénérer et qu’on remplit de cellules souches du patient, explique ce spécialiste de la médecine reconstructive. Ces dernières vont ensuite se servir de ce moule pour reconstituer la dent ou l’os manquant.» Pour l’heure, la méthode n’a été testée que sur des rats ou des lapins, mais les premiers résultats sont prometteurs. «Avec le vieillissement de la population, les fractures et les remplacements d’articulations vont devenir toujours plus fréquents, note Jeremy Mao. Si le corps parvient à réparer ces tissus avec ses propres cellules souches, cela rendra le processus plus rapide et plus sûr pour le patient.»

Les perspectives ouvertes par ces recherches suscitent de nombreux fantasmes. Certains imaginent qu’on pourra atteindre l’immortalité en remplaçant ses organes au fur et à mesure qu’ils vieillissent. D’autres pensent qu’on pourra effacer les effets de l’âge en se faisant greffer une impression de son visage, tel qu’il était à l’adolescence. D’autres encore évoquent la possibilité de stocker sur un ordinateur un modèle 3D de l’ensemble de ses organes et membres, pour pouvoir les reproduire en cas d’accident ou de maladie.

Lee Ann Laurent-Applegate, qui dirige l’Unité de thérapie régénérative du service de chirurgie plastique et reconstructive du CHUV, rappelle toutefois que l’impression en 3D de tissus vivants reste une technique expérimentale. «Si les cellules ne sont pas vascularisées, leur durée de vie ne dépasse pas quinze heures, souligne-t-elle. C’est le temps qu’il faut pour produire un morceau de peau de 9 cm sur 12 avec une imprimante 3D.» Pour un grand brûlé, recourir à cette méthode serait un luxe: «Il faudrait patienter quatre à cinq semaines pour avoir assez de peau pour une seule jambe.»

Si l’impression de tissus en 3D ne représente pas une solution magique, elle n’en reste pas moins intéressante dans certains cas, notamment si on cherche à réparer une petite surface d’os, de cartilage ou de peau ou si on parvient un jour à reproduire des organes entiers, relativise Lee Ann Laurent-Applegate. «In fine, c’est au médecin de décider, au cas par cas, s’il est dans l’intérêt du patient de se servir de la 3D ou s’il vaut mieux s’en tenir aux méthodes classiques.»
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Le versant suisse de la 3D

L’usage de la 3D en médecine est portée par quelques pionniers en Suisse. Phonak s’en sert depuis dix ans déjà pour produire les coques de ses appareils auditifs. «Nous réalisons un modèle informatique en 3D du canal auriculaire, à partir d’une empreinte en silicone, qui est ensuite envoyée à l’impression», détaille Stefan Launer, le vice-président de la firme en charge de la science et de la technologie. Cette «production sur mesure de masse», comme il l’appelle, garantit au client «une meilleure qualité de son et un plus grand confort».

Autre application de la 3D, l’hôpital pour les enfants de Zurich développe actuellement des morceaux de peau à partir des cellules de grands brûlés, dans l’optique de les leur greffer. Il se sert pour cela de l’imprimante 3D développée par la société fribourgeoise RegenHU. Celle-ci va mettre sur le marché en février 2014 «un substitut osseux destiné à être greffé dans la mâchoire pour en augmenter la masse en amont d’un implant dentaire», indique Marc Thurner, son patron. Il sera en matière synthétique, mais «doté d’une microstructure biologique qui fonctionne comme des autoroutes pour permettre aux cellules du patient de le coloniser.»

A terme, ces implants pourront être personnalisés en fonction des caractéristiques du patient: «Si celui-ci souffre de diabète ou d’ostéoporose, on pourra les infuser de substances médicales pour soigner ces maladies», note Marc Thurner.
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Une version de cet article est parue dans le magazine
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