Plus vrai que nature : ce cerveau imprimé en 3D imite la texture et l’électricité du vivant

Des chercheurs de la faculté d’ingénierie de l’université du Missouri ont réussi à imprimer en 3D un modèle artificiel de cerveau humain. Cette avancée pourrait révolutionner la manière dont les scientifiques étudient les troubles neurologiques, forment les professionnels de santé et développent des outils thérapeutiques personnalisés.

Le modèle représente actuellement 15 % de la taille d’un véritable cerveau humain, mais l’équipe prévoit de produire une version grandeur nature d’ici un an. Ce qui distingue ce modèle de cerveau imprimé en 3D, c’est qu’il imite fidèlement non seulement l’apparence, mais aussi la texture mécanique et le comportement électromagnétique du tissu cérébral réel.

Le modèle de cerveau imprimé en 3D mesure 15 % de la taille d’un véritable cerveau humain

Qu’est-ce qu’un fantôme cérébral ?

En recherche, un « fantôme » désigne un échantillon d’essai ou un modèle conçu pour reproduire les propriétés matérielles et les caractéristiques d’imagerie d’un véritable tissu biologique. Ce fantôme cérébral permet aux chercheurs d’analyser la manière dont le cerveau réagit aux forces mécaniques et aux ondes électromagnétiques. Il fournit des données qui vont au-delà de ce que peuvent offrir les simulations sur ordinateur.

Une nouvelle approche : l’impression 3D intégrée

La plupart des modèles de tissus mous sont produits à l’aide de méthodes qui aboutissent à une structure interne uniforme, ce qui ne permet pas de rendre compte de la nature hétérogène des tissus cérébraux réels. Pour surmonter cette limitation, l’équipe de l’université du Missouri a utilisé une technique appelée « impression 3D intégrée ».

Plutôt que d’imprimer à l’air libre, le modèle a été imprimé à l’intérieur d’un bain de support gélatineux. Ce milieu de support confère à l’impression la stabilité structurelle nécessaire pour reproduire la rigidité variable du cerveau selon les régions, ainsi que ses plis et sillons souples.

L’impression 3D intégrée permet d’obtenir un modèle présentant une rigidité variable.

Une encre sur mesure qui imite le tissu cérébral

L’une des innovations majeures de cette recherche réside dans la mise au point d’une encre sur mesure : un polymère courant modifié que les chercheurs peuvent ajuster avec précision pour reproduire les propriétés mécaniques, thermiques et diélectriques du tissu cérébral.

En ajustant la composition chimique de l’encre, l’équipe peut imprimer des zones qui se comportent comme de la matière grise ou de la matière blanche :

• La matière grise se trouve dans le cerveau et la moelle épinière. Elle soutient la pensée, le mouvement et la mémoire, et joue un rôle clé dans le traitement de l’information, le contrôle des actions et la gestion des émotions.
• La matière blanche conduit, traite et transmet les signaux nerveux le long de la moelle épinière, et interprète les informations sensorielles provenant du corps.

Christopher O’Bryan, maître de conférences en génie mécanique et aérospatial et coauteur de l’étude, a expliqué : « Les tissus humains sont incroyablement hétérogènes, composés de différents matériaux aux propriétés variées. Notre approche d’impression 3D nous permet de reproduire cette complexité d’une manière qui n’était pas possible auparavant. »

Applications : de la formation médicale à la recherche neurologique

Le fantôme cérébral imprimé en 3D offre un large éventail d’applications potentielles dans les domaines de la médecine et de la recherche :

• Formation médicale : les médecins et les étudiants en médecine peuvent s’entraîner sur des modèles cérébraux réalistes imprimés en 3D, ce qui leur permet de s’exercer en toute sécurité et de manière répétée avant de travailler avec des patients.
• Planification personnalisée des traitements : des modèles cérébraux sur mesure, générés à partir d’IRM ou de tomodensitométries individuelles, pourraient aider les médecins à planifier et à adapter leurs stratégies thérapeutiques.
• Essais de dispositifs médicaux : les modèles peuvent être utilisés pour étudier comment les implants ou les appareils électroniques courants interagissent avec les tissus cérébraux.
• Recherche sur les maladies neurologiques : ces fantômes pourraient aider les scientifiques à étudier la progression de pathologies telles que la maladie d’Alzheimer, les anévrismes cérébraux et les traumatismes crâniens.

Mujtaba Rafique Ghoto (à gauche) et Christopher O’Bryan préparent les modèles informatiques utilisés lors du processus d’impression 3D.

Mujtaba Rafique Ghoto, doctorant et chercheur principal de l’étude, a souligné l’importance plus large de ce projet : « Il s’agit de fournir aux communautés médicales et scientifiques un outil à la fois réaliste et personnalisé. Les possibilités d’amélioration de la santé et de la sécurité sont énormes. »

L’étude a été publiée dans Materialia et est disponible ICI.

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*Crédits de toutes les photos : Abbie Lankitus