L’impression 3D médicale, le futur de la santé ?

Il est acquis que la fabrication additive bouleverse de nombreux modes de production, bien que celle-ci ait encore du mal à rivaliser pour le moment avec certaines méthodes classiques, avec comme raison principale, une vitesse jugée trop lente. Imprimer en 3D de grandes séries prend du temps et n’apparaît pas encore comme la méthode à privilégier pour de nombreux secteurs. Cependant, le domaine médical s’intéresse de près à cette technologie, notamment grâce à la possibilité de créer des solutions adaptées à chaque patient. C’est plus de 7,5 milliards de morphologies différentes auxquelles les médecins doivent désormais s’adapter. La fabrication additive apparaît alors comme une solution nouvelle pour la création de dispositifs sur mesure qui répondent aux besoins des patients.

Selon une récente étude publiée par Research And Markets, le marché mondial des dispositifs médicaux imprimés en 3D devrait atteindre 4,9 milliards de dollars d’ici 2026, soit un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 24,5 %. Une croissance qui s’expliquerait par les opportunités en termes de personnalisation offertes par la fabrication additive, que ce soit pour créer des prothèses, des implants, pour mieux préparer une opération chirurgicale ou fabriquer des dispositifs médicaux facilitant certaines opérations sensibles comme des guides chirurgicaux et autres aides visuelles.

La croissance estimée du marché des dispositifs médicaux d’ici 2026. (Crédits photo : Research and Markets)

La fabrication additive pour concevoir implants et prothèses

Un implant a pour but de remplacer sur une longue durée un organe ou de suppléer à une ou plusieurs de ses fonctions.Par définition, il doit donc être entièrement adapté au patient et à son anatomie. Et si l’on utilise les méthodes de production traditionnelles, fournir des implants et prothèses de ce type peut se révéler très coûteux et long. C’est donc ici que l’impression 3D entre en jeu. Afin de se montrer plus flexible, de nombreuses entreprises ont opté pour les technologies 3D. 

On pense par exemple à la startup française, AnatomikModeling qui a conçu la première prothèse trachéo-bronchique grâce aux technologies 3D. Son directeur général, Benjamin Moreno nous expliquait : “L’utilisation de l’impression 3D présente plusieurs avantages : on peut passer directement du modèle numérique 3D au modèle 3D anatomique physique en gardant une très bonne précision. Le gain de temps est important avec une réduction des coûts. Cela permet de rentrer pleinement dans l’ère de la personnalisation des dispositifs médicaux. Il est aussi possible de réaliser des modèles 3D anatomiques ayant des formes géométriques très complexes qu’il serait très difficile d’obtenir via des techniques de fabrication traditionnelles.”

Crédits photo : AnatomikModeling

En ayant recours à la fabrication additive, les fabricants de prothèses et implants peuvent plus facilement créer des solutions aux bonnes dimensions, avec un design complexe et à moindre coût. Quant à la pérennité des dispositifs médicaux créés, même si le nombre d’exemples reste encore faible en comparaison aux méthodes traditionnelles, on peut toutefois citer l’exemple des cotyles de hanche imprimés en 3D en titane qui sont toujours aussi efficaces 10 après avoir été posés. Cela évite au patient de changer d’implant toutes les décennies, lui facilitant alors son quotidien.

Enfin, l’impression 3D aura également permis d’automatiser le processus de création des prothèses auditives et dentaires. Selon le fabricant EnvisionTEC, le nombre d’étapes nécessaires à la fabrication de prothèses auditives est passé de 9 à 3 seulement en quelques années. Il poursuit en nous les détaillant : l’audiologiste balaie d’abord l’oreille du patient à l’aide d’un scanner 3D pour créer une empreinte auditive. Avec ces 100 000-150 000 points de référence, l’analyse est envoyée à un modélisateur qui façonne un modèle. Une fois terminé, il est imprimé à partir d’une résine et équipé avec les composants nécessaires. Le fabricant estime qu’il peut imprimer désormais 65 prothèses par heure.

L’impression 3D médicale au service de la simulation chirurgicale

Chaque année, plus de 4 000 personnes subissant une opération aux États-Unis sont blessées par une erreur chirurgicale, un chiffre alarmant qui pourrait être réduit grâce aux technologies 3D. Aujourd’hui, à l’image du CHU de Brest, plusieurs établissement hospitaliers impriment en 3D des modèles chirurgicaux, permettant aux chirurgiens de s’entraîner avant une opération et de limiter les erreurs. Ces modèles anatomiques imprimés en 3D peuvent également être présentés au patient avant son opération afin qu’il visualise toutes les étapes de l’opération, une façon d’améliorer la relation praticien/patient.

Thomas Marchand, CEO de la startup française BIOMODEX explique que l’impression 3D leur “permet d’offrir une réelle alternative aux solutions de formation chirurgicale qui ne sont pas satisfaisantes aujourd’hui (entraînement sur les patients, les pièces anatomiques de cadavres ou l’animal ce qui pose des problèmes éthiques et logistiques). A travers une plateforme web, le médecin peut uploader des images médicales de son patient, issues de scanners, IRM ou échographie. Quelques jours après, il reçoit dans son hôpital l’organe synthétique BIOMODEX sur lequel il peut s’entraîner, choisir la bonne approche, la bonne stratégie opératoire et la bonne prothèse adaptée à son patient (taille et positionnement).” Certains des modèles imprimés en 3D les plus aboutis pourraient même imiter le saignement, se rapprochant le plus possible de la réalité, ce qui viendrait augmenter la précision et l’efficacité des gestes chirurgicaux.

La fabrication additive peut réduire les risques potentiels lors d’une opération chirurgicale. (Crédits photo : Stratasys)

L’objectif serait ainsi de réduire le nombre d’erreurs médicales en améliorant la formation des chirurgiens. Celle-ci ne se ferait plus sur des animaux ou des cadavres ce qui pose actuellement des problèmes logistiques mais surtout éthiques. Le Dr Ahmed Ghazi, professeur assistant au Département d’urologie de l’Université de Rochester commente : « Les chirurgiens sont comme des pilotes. Pour un pilote, il faut passer par l’étape de la descente d’un Boeing 747, seul, pour la première fois. Pour un chirurgien, réaliser une opération de A à Z en parfaite autonomie est également obligatoire. Les pilotes sont formés à l’aide de simulateurs de vol, mais jusqu’à présent, les chirurgiens ne disposaient pas d’un système de simulation valable. »

La bio-impression pour créer tissus et organes

Encore limitée aux applications de recherche, la bio-impression est une technologie en plein essor qui a connu une croissance importante ces dernières années. Il s’agit d’une méthode permettant de créer des structures cellulaires imprimées en 3D. Bien qu’ils ne soient pas fonctionnels à long terme, il convient de souligner tous les progrès accomplis. La société américaine Organovo, par exemple, est l’un des leaders du secteur ; elle a développé des tissus osseux et greffé des tissus hépatiques en utilisant la bio-impression. Aspect Biosystems, pour sa part, a fabriqué une bio-imprimante 3D baptisée RXI, capable de créer sur mesure des tissus humains physiologiquement complexes. Une avancée qui permettrait de tester différents médicaments sur des organes spécialement crées pour l’occasion mais aussi de réaliser des greffes d’organes synthétiques.

La bio-impression offre également la possibilité de concevoir de la peau, permettant ainsi de traiter les blessures graves et d’aider les patients à se rétablir. Marc Jeschke, chirurgien plasticien, explique : « Une fois que l’on peut créer de la peau synthétique à partir des cellules d’un patient, cela change complètement la donne car on peut opérer très rapidement. » On pense aux progrès réalisés par des chercheurs en Corée du Sud, qui ont combiné deux méthodes d’impression, l’extrusion et le jet d’encre, ce qui leur a permis de créer une peau à base de collagène avec une membrane en polycaprolactone. Même si les développements en sont encore à leurs balbutiements, la bio-impression de peau pourrait bien bouleverser le secteur chirurgical, mais aussi le domaine des cosmétiques, où les produits pourraient être directement testés sur la peau bio-imprimée.

L’impression 3D de médicaments

Un autre pan prometteur de la technologie est la possibilité d’ici quelques années de voir vos médicaments imprimés en 3D. La technologie est là mais le problème est davantage réglementaire. L’industrie pharmaceutique est très régulée et de nombreuses exigences doivent être respectées pour une mise sur le marché. L’entreprise FabRx semble toutefois convaincue des opportunités qu’offre l’impression 3D sur ce marché; elle a pour objectif de produire des médicaments imprimés en 3D. L’un de ses dirigeants, Dr Alvaro Goyanes Goyanes, explique : “Le fait de pouvoir créer des comprimés ou des dispositifs médicaux en modifiant simplement un fichier 3D offre beaucoup d’opportunités. La plus simple est de pouvoir changer la taille ou le remplissage (c’est-à-dire le pourcentage de matériau à l’intérieur de l’objet) et ainsi modifier la masse du comprimé et donc la dose du médicament.”

Il serait donc possible d’adapter la dose de chaque médicament en fonction du patient et ce, beaucoup plus facilement et rapidement. Une avancée particulièrement intéressante en pédiatrie selon Alvaro où l’âge et le poids de l’enfant influent énormément sur les modalités d’administration du médicament. Le docteur ajoute : “Il serait possible de combiner en un comprimé deux ou plusieurs médicaments réduisant le nombre de comprimés qu’une personne doit avaler, ce qui est notamment important chez les personnes âgées.” Concernant la technologie d’impression utilisée, il semblerait que FabRx ait recours à un procédé proche du frittage de poudre, poudre dans laquelle serait contenu le médicament. Alvaro précise : “En fonction des matériaux que nous sélectionnons, nous peut obtenir une libération très rapide ou une libération ciblée du médicament dans des régions spécifiques du tractus gastro-intestinal.” Un phénomène qu’il explique dans son entretien avec 3Dnatives.

Ce qui est certain c’est que le domaine médical réserve un futur radieux pour l’éclosion de la fabrication additive. D’ici 10 ans, le domaine médical aura bien évolué grâce au développement très rapide de la technologie et nous verrons peut être d’ici là les premiers organes fonctionnels bio-imprimés, une innovation digne des meilleurs films de science-fiction.

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