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Un modèle de coeur humain imprimé en 3D imite l’élasticité des tissus cardiaques

Publié le 24 novembre 2020 par Mélanie R.
coeur imprimé en 3D

A l’université de Carnegie Mellon, située à Pittsburgh, une équipe de chercheurs a développé une méthode d’impression baptisée FRESH (pour Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogel) afin de concevoir un modèle de coeur humain pour aider les chirurgiens dans leurs opérations. En utilisant de l’alginate comme matériau, ce procédé permet de reproduire l’aspect mou et élastique des tissus de l’organe : quand on le presse ou qu’on appuie dessus, le cœur se déforme, à l’image d’un vrai cœur humain. Cela en fait donc un outil médical beaucoup plus réaliste, permettant aux chirurgiens de pratiquer, par exemple, des sutures, ce qui serait impossible sur un plastique impénétrable. 

Les progrès réalisés dans le secteur de la bio-impression sont de plus en plus impressionnants : aujourd’hui, de nombreux acteurs utilisent la fabrication additive pour extruder des cellules et ainsi concevoir des tissus vivants, se dirigeant progressivement vers la création d’organes humains fonctionnels. Même s’il reste encore beaucoup de progrès à faire avant de voir un organe bio-imprimé implanté chez un patient, les projets sont encourageants. Une chose est sûre en tout cas : l’impression 3D est devenue une vraie méthode de fabrication de modèles anatomiques sur-mesure, aidant nos soignants à mieux se préparer avant une opération ou à mieux comprendre le fonctionnement de l’anatomie humaine. L’objectif est de recréer l’organe d’un patient à l’aide de données issues d’un IRM. Certaines technologies d’impression 3D sont d’ailleurs si précises qu’elles peuvent reproduire la vascularisation par exemple ou autres parties plus complexes.

Le modèle de coeur imprimé en 3D

Reproduire l’élasticité des tissus cardiaques humains

L’université de Carnegie Mellon a quant à elle souhaité développer une méthode pour imiter la texture même du cœur humain, cet aspect mou et élastique de ses tissus. Les chercheurs expliquent qu’ils ont eu recours à de l’alginate, un matériau mou dérivé d’algues marines qui s’avère être également très accessible en termes de coût. Ils ont utilisé une imprimante 3D FDM mais au lieu d’extruder le modèle sur un plateau d’impression à l’air libre, ils ont déposé le matériau couche par couche dans un récipient de gélatine. 

Adam Feinberg, ingénieur biomédical et co-auteur de la recherche, ajoute : “Imaginez que vous imprimez à l’intérieur d’un gel coiffant et pensez aux petites bulles suspendues dans le flacon : le gel leur fournit un support suffisant pour flotter indéfiniment, ou du moins jusqu’à ce que vous sortiez le gel du flacon. Dans notre cas, la gélatine vient offrir suffisamment de support à l’aiguille de l’imprimante 3D pour s’y glisser. Tout ce que vous extrudez peut alors rester en place.” Une fois l’organe imprimé, les chercheurs doivent se débarrasser de cette couche de gélatine qui l’entoure. C’est un matériau qui fond au contact de la chaleur : il suffirait donc d’élever le mélange à la température du corps pour retirer le gel et ainsi retrouver la structure imprimée en 3D.

Adam Feinberg utilise la fabrication additive depuis quelques années déjà

Un tel coeur en alginate imprimé en 3D coûterait 10 dollars seulement ce qui pourrait permettre à plusieurs hôpitaux de fournir une telle solution pour ses chirurgiens. Adam Feinberg explique qu’il souhaite tester d’autres matériaux comme le collagène qui représenterait une solution encore plus réaliste. Mais pour l’instant, le collagène reste beaucoup plus cher : le même coeur coûterait en effet 2 000 dollars ! Un investissement qui reste minime si on prend l’ensemble d’une opération cardiaque complexe. Adam Feinberg affirme : « Nous pensons qu’il existe un certain nombre d’applications où le réalisme du collagène vaut probablement la peine. Mais lorsque vous faites de la recherche en laboratoire – et si vous faites beaucoup d’erreurs en développant la technologie – il est préférable d’utiliser un matériau moins cher, d’où le choix de l’alginate. »

Vers un coeur imprimé en 3D encore plus réaliste

En plus de ce modèle de coeur humain, l’équipe aurait utilisée la même technique d’impression 3D pour concevoir une artère coronaire. L’objectif était de voir si elle serait perfusable et capable de faire circuler le sang. En pompant du faux sang, il semblerait que l’artère ait maintenu le liquide : cela pourrait être une première étape vers la création d’un coeur avec un système vasculaire interconnecté. Les chirurgiens pourraient alors s’entraîner à suturer les artères dans des conditions quasi réelles.

Ce qu’espère réellement cette équipe de chercheurs est de pouvoir introduire des cellules dans le coeur imprimé en 3D afin de le faire battre. La culture de ces cellules a déjà commencé en laboratoire mais aujourd’hui, seulement 100 millions pourraient être placées dans l’organe imprimé en même temps alors qu’il en faudrait 100 milliards pour un coeur de taille normale. Vous pouvez retrouver davantage d’informations ICI.

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