Le premier fantôme cérébral imprimé en 3D haute résolution au monde
L’impression 3D est de plus en plus utilisée dans le domaine médical pour la production d’organes. Par exemple, des chercheurs de l’Université du Wisconsin-Madison ont fabriqué le premier tissu cérébral humain fonctionnel imprimé en 3D. Aujourd’hui, un autre exemple s’ajoute à la liste : des chercheurs viennois ont mis au point ce qu’ils considèrent comme le premier fantôme cérébral imprimé en 3D haute résolution au monde. Ils espèrent qu’il sera utile pour la poursuite des recherches sur les maladies neurodégénératives telles qu’Alzheimer, Parkinson et la sclérose en plaques, ainsi que pour la planification d’opérations.
Cette avancée a été réalisée grâce à une collaboration entre l’Université médicale de Vienne (MedUni Vienna) et l’Université technique de Vienne (TU Wien). Le modèle du cerveau imprimé en 3D, que les scientifiques appellent également « fantôme cérébral », ne ressemble guère à un vrai cerveau visuellement, car il a la forme d’un cube et est beaucoup plus petit. À l’intérieur, cependant, le modèle contient de minuscules micro-canaux remplis d’eau qui imitent les nerfs crâniens et ne font qu’un cinquième de la taille d’un cheveu humain.
Crédits photo : MedUni Vienne
L’objectif du modèle est d’imiter la structure des fibres nerveuses du cerveau et de les visualiser à l’aide de l’imagerie par résonance magnétique pondérée en diffusion (IRMd), une forme spéciale d’IRM. L’IRM est utilisée en particulier pour examiner la structure et la fonction du cerveau, et l’IRMd peut même être utilisée pour identifier la direction des fibres nerveuses dans le cerveau. Le fantôme cérébral imprimé en 3D permettra désormais d’optimiser la procédure d’IRMd et de tester les méthodes d’analyse et d’évaluation. Cela devrait s’avérer utile, car la direction des fibres nerveuses était jusqu’à présent très difficile à déterminer, en raison du fait que les fibres nerveuses se déplaçant dans différentes directions se chevauchent aux points de croisement des faisceaux de fibres nerveuses.
Impression 3D pour la création d’un fantôme cérébral
L’impression 3D présente de nombreux avantages pour la production de ce « fantôme cérébral », car elle permet de créer des modèles complexes et variés de manière flexible, pouvant subir des itérations de conception répétées pour adaptation et modification. Les fantômes cérébraux imprimés en 3D sont donc également capables de représenter les chevauchements complexes des fibres nerveuses dans le cerveau. Le modèle est examiné par IRMd de la même manière qu’un cerveau réel et les données sont analysées.
Le modèle présente également l’avantage que la structure imprimée est connue et que les résultats de l’analyse IRMd peuvent donc être vérifiés, comme l’a montré l’étude. Grâce aux fantômes cérébraux imprimés en 3D avec leur imitation réaliste de la structure des fibres nerveuses, le logiciel d’analyse de l’IRMd peut donc être amélioré.
Pour imprimer en 3D les structures des fibres nerveuses, les chercheurs ont utilisé la polymérisation biphotonique (2PP), souvent utilisée pour la fabrication additive de microstructures à l’échelle nanométrique et micrométrique. Les chercheurs ont mis à l’échelle le procédé 2PP afin d’obtenir des fantômes cérébraux avec des détails haute résolution adaptés à l’IRMd.
L’un des principaux auteurs de l’étude du Centre de physique médicale et d’ingénierie biomédicale de MedUni Vienna, Michael Woletz, a expliqué plus en détail : « Nous constatons les progrès les plus significatifs en photographie avec les appareils photo des téléphones portables, pas nécessairement grâce à de nouveaux objectifs meilleurs, mais grâce aux logiciels qui améliorent les images capturées. La situation est similaire avec l’IRMd : en utilisant le nouveau fantôme cérébral, nous pouvons ajuster le logiciel d’analyse beaucoup plus précisément et ainsi améliorer la qualité des données mesurées et reconstruire l’architecture neuronale du cerveau plus précisément. »
Conception et validation des fantômes (crédits photo : Woletz et al.)
Cependant, des obstacles restent à franchir pour les chercheurs en termes d’extrapolation de la méthode, selon Franziska Chalupa-Gantner, deuxième auteur principal de l’étude du groupe de recherche sur l’impression et la biofabrication à TU Wien : « La haute résolution de la polymérisation biphotonique permet d’imprimer des détails à l’échelle micro et nanométrique et convient donc parfaitement à l’imagerie des nerfs crâniens. Dans le même temps, cependant, il faut un temps relativement long pour imprimer un cube de plusieurs centimètres cubes en utilisant cette technique. Nous visons donc non seulement à développer des conceptions encore plus complexes, mais également à optimiser davantage le processus d’impression lui-même. » Pour plus d’informations, vous pouvez retrouver la publication de leurs recherches ICI.
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*Crédits photo de couverture : MT Portal
