Les applications de l’impression 3D en ophtalmologie

L’impression 3D prend une place de plus en plus importante dans le domaine médical, notamment en ophtalmologie. Par exemple, les lunettes imprimées en 3D peuvent être parfaitement adaptées aux besoins et aux préférences des patients. La fabrication additive offre de nouvelles possibilités en améliorant à la fois la précision et la personnalisation des traitements. Selon Research And Markets, le marché des dispositifs médicaux imprimés en 3D devrait atteindre 4,9 milliards de dollars d’ici 2026, avec un taux de croissance annuel de 24,5%, illustrant ainsi la rapidité des progrès technologiques. Cette semaine, nous vous proposons un aperçu détaillé des nombreuses applications de l’impression 3D en ophtalmologie. Dans notre classement, nous vous présenterons divers implants, instruments, projets innovants, et même des lentilles de contact fabriquées par impression 3D. Découvrez comment cette technologie transforme la vision et les avantages qu’elle apporte tant aux patients qu’aux médecins.

Les implants oculaires et les prothèses

Prothèse oculaire réaliste imprimée en 3D

En novembre 2021, une avancée historique a été réalisée dans le domaine de l’optométrie et de l’impression 3D lorsque l’hôpital ophtalmologique de Moorfields a annoncé que le premier patient britannique avait reçu un œil imprimé en 3D. Cette prouesse a été rendue possible grâce à une collaboration entre l’hôpital, des chercheurs du NHS et de l’UCL, ainsi que Fraunhofer et Ocupeye pour le développement du logiciel. L’œil prothétique offre une profondeur réaliste à la pupille et une définition claire. Steve Verze, le bénéficiaire, a remplacé sa prothèse traditionnelle par cette nouvelle version, notant qu’elle semblait fantastique grâce aux scans numériques de son autre œil, permettant un ajustement presque parfait.

Steve Verze avec sa nouvelle prothèse oculaire imprimée en 3D (crédits photo : Hôpital de Moorfields)

Prothèses oculaires imprimées en 3D par Fraunhofer et OCUPEYE

Les chercheurs de l’Institut Fraunhofer, en collaboration avec OCUPEYE Ltd., ont développé une technologie innovante pour l’impression 3D des yeux artificiels. Cette technique est conçue pour répondre à la demande croissante de yeux artificiels, réduisant le temps de production de 80 % et permettant de fabriquer une prothèse complète en seulement 90 minutes. En effet, cela diminue considérablement le travail des ocularistes. Les prothèses imprimées en 3D sont modélisées à partir d’un scan de l’œil fonctionnel du patient, assurant un ajustement parfait dans la cavité oculaire et un aspect réaliste. Les données obtenues sont ensuite traitées par un modèle d’intelligence artificielle (IA) qui crée le design. L’impression est réalisée avec l’imprimante polyjet J750 utilisant des matériaux VeroVivid. Grâce à une résolution de 18 milliards de gouttelettes par centimètre cube, l’imprimante produit des implants oculaires de manière précise, réaliste et esthétiquement harmonisée avec l’œil restant. À l’avenir, l’équipe prévoit d’améliorer cette méthode pour réduire encore les coûts de production.

Crédits photo : Fraunhofer IGD, Johann Reinhard

VisioPrinTech offre des cornées personnalisées imprimées en 3D

Notre population vieillit, et les problèmes de santé se multiplient avec l’âge. Ces problèmes ne concernent pas seulement les articulations, les os et la circulation sanguine, mais également la vision. Un problème connu est la déformation de la cornée, qui entraîne des maladies cornéennes limitant la vision. Ces maladies peuvent généralement être traitées par des interventions chirurgicales, comme les greffes de cornée. Cependant, les dons de cornée sont rares et le risque de rejet est élevé. Pour remédier à cette situation, l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT), en collaboration avec Carl Zeiss Meditec AG et Evonik Healthcare, a développé une solution en utilisant l’impression 3D pour traiter ces maladies. Leur procédé, appelé VisioPrinTech, utilise une biofigure composée de cellules souches du patient et de fibres de collagène chimiquement modifiées, imprimée directement pendant l’opération. Cette méthode permet de surmonter les défis liés aux dons et aux rejets, tout en offrant une plus grande précision et fonctionnalité. La cornée imprimée en 3D aide ainsi à restaurer la vision des patients.

Crédits photo : KIT

Des yeux artificiels grâce à l’impression 3D et au travail manuel

Nicholas Puls, un oculiste du Royal Brisbane and Women’s Hospital en Australie, fabrique des yeux artificiels pour les patients ayant perdu la vue en raison de cancers ou de blessures. Cette production est longue, d’autant plus que l’hôpital doit fournir des prothèses oculaires à environ 100 patients par an. Le Herston Biofabrication Institute a exploré comment l’impression 3D pourrait améliorer cette production en menant des études d’évaluation sur les patients. L’objectif était de comparer les yeux imprimés en 3D avec ceux fabriqués à la main. L’institut a utilisé des scans 3D et de la photographie haute résolution. Cependant, la technologie 3D ne peut pas encore rivaliser avec les prothèses faites à la main, bien que les deux processus puissent être combinés à l’avenir.

La prothèse peut être réalisée à partir de prothèses oculaires traditionnelles ou imprimées en 3D (Crédits photo : ABC News : Chris Gillette)

OMFS-IMPATH optimise le développement de la prothèse oculaire

Lorsque l’absence, la perte ou la diminution de taille d’un œil se produit, il est essentiel de disposer d’une prothèse oculaire personnalisée et bien ajustée pour faciliter la réadaptation physique et psychosociale du patient. De nombreux patients développent le syndrome d’anophtalmie, caractérisé par la chute de la prothèse et des paupières, ce qui entraîne une faible satisfaction et affecte la qualité de vie. Les experts d’OMFS-IMPATH ont mis au point un processus innovant pour la conception de prothèses oculaires personnalisées et précises en utilisant la numérisation, la planification et l’impression 3D. Cette méthode permet de reproduire exactement l’œil naturel, assurant un ajustement anatomique précis, améliorant les capacités fonctionnelles et l’apparence physique du patient.

Crédits photo : OMFS-IMPATH

Projets, instruments et lentilles de contact

Paupières artificielles imprimées en 3D

À l’Université d’Innsbruck, les étudiants en médecine ont l’opportunité d’étudier et de s’entraîner sur des paupières artificielles imprimées en 3D. Ces paupières sont recréées à partir de modèles humains et permettent d’analyser et de comparer les propriétés mécaniques des tissus humains avec celles des modèles imprimés. Ce projet est crucial non seulement pour la formation des futurs médecins et chirurgiens, mais aussi pour offrir de meilleurs soins aux patients. Les chirurgiens peuvent ainsi s’exercer sur une reproduction fidèle de la paupière d’un patient spécifique avant d’intervenir en salle d’opération.

Crédits photo : Medizinische Universität Innsbruck

Tissu oculaire bio-imprimé en 3D

Les scientifiques du National Eye Institute (NEI) aux États-Unis ont utilisé des cellules souches de patients et la bio-impression 3D pour produire du tissu oculaire, afin d’améliorer la compréhension des mécanismes des maladies conduisant à la cécité. L’équipe de recherche a imprimé une combinaison de cellules formant la barrière hémato-rétinienne externe de l’œil, qui soutient les photorécepteurs de la rétine sensibles à la lumière. Cette technique permet d’utiliser du tissu dérivé du patient pour étudier les maladies dégénératives de la rétine, telles que la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA).

Jusqu’à présent, les mécanismes de l’apparition et de la progression de la DMLA vers des stades avancés sont peu compris en raison du manque de modèles humains. Les analyses des tissus imprimés en 3D ainsi que les tests génétiques et fonctionnels ont montré que le tissu imprimé ressemblait à la barrière hémato-rétinienne externe humaine et se comportait de manière similaire. L’étude se poursuit pour mieux comprendre l’origine de ces maladies et tester des traitements préventifs ciblés.

Croissance des vaisseaux sanguins dans le tissu oculaire imprimé en 3D. (Crédits : Kapil Bharti, Ph.D., NEI)

Lentilles de contact imprimées en 3D

Nous avons déjà abordé le sujet des lunettes imprimées en 3D, mais saviez-vous qu’il existe également des lentilles de contact imprimées en 3D ? Un projet mené en 2021 par l’Université des sciences et technologies Khalifa (KUST) a travaillé à leur réalisation. En utilisant l’impression 3D DLP et un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO), les chercheurs ont développé des lentilles de contact. Après leur impression, les lentilles ont été lissées par un post-traitement pour garantir une finition de surface parfaite. Mieux encore, ces lentilles de contact sont « intelligentes » et intègrent des capacités de détection.

Crédits photo : KUST

La première transplantation de yeux et de visage avec l’aide de la fabrication additive

Lors des interventions complexes, la qualité des instruments chirurgicaux est cruciale. Un exemple marquant de cette importance est illustré par une transplantation d’œil et de partie du visage réalisée aux États-Unis, rendue possible grâce à la planification et à la fabrication additive par la société belge Materialise. Aaron James, victime d’un accident au travail, avait perdu son œil gauche et une partie de son visage. En attendant une greffe, une équipe médicale de l’hôpital Langone Health de l’Université de New York a collaboré avec les ingénieurs cliniques de Materialise pour planifier l’opération. Materialise a joué un rôle clé dans la planification et l’exécution de cette chirurgie complexe. En utilisant des tomodensitogrammes (TDM), ils ont élaboré un plan préopératoire virtuel détaillant chaque étape de la procédure chirurgicale. Une fois le donneur trouvé, Materialise a conçu et imprimé en 3D les instruments nécessaires en moins de 24 heures, incluant des dispositifs médicaux sur mesure, des modèles osseux précis et des guides de coupe adaptés aux structures anatomiques du patient et du donneur. La personnalisation et la précision de ces instruments ont réduit les risques.

Guides chirurgicaux personnalisés réalisés par Materialise pour le donneur (à gauche) et pour le patient Aaron James (à droite). Crédits : Materialise.

Lentilles de contact personnalisées pour le traitement de la cataracte

Des chercheurs de l’Université d’East Anglia ont réalisé une avancée majeure dans la technologie des dispositifs oculaires. Ils ont développé un nouveau type de résine pour l’impression 3D, permettant la fabrication d’implants oculaires essentiels dans les chirurgies réfractives et de la cataracte. La lentille intraoculaire artificielle (LIO) ainsi créée peut être implantée facilement et en toute sécurité. Ce type de lentille imprimée peut être personnalisé en fonction de la forme de l’œil et des besoins visuels spécifiques de chaque patient, offrant ainsi une meilleure correction visuelle et confort. Bien que ces lentilles soient encore en phase de développement, les chercheurs estiment qu’elles pourraient également corriger des défauts de réfraction tels que la myopie, l’hypermétropie et la presbytie.

Crédits photo : University of East Anglia

Modèles de simulation de traumatismes oculaires grâce à l’impression 3D

Au King’s College Hospital au Royaume-Uni, des chercheurs ont développé un modèle de simulation pour les traumatismes oculaires en utilisant l’impression 3D. Conçu avec Fusion 360 et imprimé via la Stratasys J850, ce modèle repose sur des cas cliniques réels. Évalué par 14 ophtalmologistes et 5 cliniciens, il a montré une amélioration notable de la confiance des utilisateurs dans les techniques d’évaluation et de suture. L’impression 3D offre des avantages clés, tels que des délais de production réduits et un prototypage accéléré. Ces modèles, pouvant être fabriqués en série dans les hôpitaux, permettent aux médecins de perfectionner leurs compétences de manière plus efficace, tout en constituant une alternative aux yeux d’animaux et aux cadavres pour la formation chirurgicale.

Crédits photo : King’s College Hospital

Des lunettes imprimées en 3D pour guérir le daltonisme

À l’Université Khalifa, des chercheurs ont développé des lunettes imprimées en 3D susceptibles de traiter les troubles de la vision des couleurs. Ces lunettes, dotées de verres teintés insérés dans des montures fabriquées par impression 3D MSLA, filtrent les longueurs d’onde indésirables tout en laissant passer le reste du spectre visible. Après avoir conçu un prototype avec SOLIDWORKS, les chercheurs l’ont imprimé en résine ASIGA DentaClear et Gray sur une Prusa SL1S, avec un temps d’impression de six secondes par couche et une épaisseur de 25 microns. Selon l’équipe, ces montures imprimées en 3D offrent une solution alternative plus personnalisable et potentiellement plus efficace que les lunettes commerciales actuelles.

Crédits photo : Khalifa University

Lunettes imprimées en 3D pour le traitement des cornées déformées

Le Dr. Song Hongix, ophtalmologiste et chercheur à l’hôpital Beijing Tongren en Chine, a utilisé la technologie d’impression 3D pour concevoir des lunettes destinées aux patients souffrant de cornées déformées, en particulier pour traiter le kératocône. Cette maladie oculaire, caractérisée par une déformation de la cornée, limite la vision du patient et nécessite une lentille spécialement conçue pour stabiliser la vue. Grâce à l’impression 3D, les lentilles peuvent être personnalisées pour s’adapter précisément aux diverses formes de cornées. Le Dr. Hongix s’est inspiré de la technologie d’optique adaptative développée par la NASA, qui améliore la qualité des images des télescopes en corrigeant les distorsions causées par l’atmosphère terrestre.

Crédits photo : Bejing News

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