GRACE, le procédé de fabrication qui pense avant d’imprimer

Et si votre imprimante 3D avait des yeux et un cerveau ? C’est l’idée derrière GRACE, une technique d’impression conçue par une équipe de l’université d’Utrecht aux Pays-Bas. Il s’agit d’un workflow qui se base sur un procédé d’impression volumétrique et l’intelligence artificielle afin que la machine utilisée puisse participer à la phase de conception même. Concrètement, elle serait par exemple capable de comprendre où se trouvent les cellules dans la bio-encre et de créer un réseau de vaisseaux sanguins autour. Une avancée majeure pour le secteur médical, qui en est toutefois qu’à ses débuts.

La bio-impression fait chaque jour des progrès, c’est indéniable. Si vous suivez régulièrement l’actualité, vous vous êtes forcément rendu compte des avancées et des obstacles que certains chercheurs ont réussi à franchir. Il en reste beaucoup bien évidemment. L’un d’entre eux est sans doute la création de vaisseaux sanguins fonctionnels, capables d’amener oxygène et nutriments aux cellules. En effet, les techniques de bio-impression actuelles nécessitent la conception du modèle de ces vaisseaux avant même de savoir où se situent les cellules dans la bio-encre utilisée. Difficile de subvenir aux besoins de ces structures vivantes sans savoir où elles sont.

Riccardo Levato est professeur à l’université d’Utrecht et dirige le laboratoire Levato Lab à l’origine de ce procédé GRACE (pour Generative, Adaptive, Context-Aware 3D printing). Avec son équipe, il a cherché à développer une solution de bio-impression plus efficace, intelligente et fiable. Rapidement, il s’est tourné vers l’impression volumétrique : au lieu de déposer des couches successives de cellules, on vient solidifier un gel photosensible en une seule fois pour créer la structure complète. Riccardo Levato explique : “Pour construire une structure, nous projetons une série de motifs lumineux dans un tube rotatif rempli de gel photosensible et de cellules. Là où les faisceaux lumineux convergent, le matériau se solidifie. Cela permet de créer un objet 3D complet en une seule fois, sans avoir à toucher les cellules.” Le procédé est plus rapide et moins dangereux pour les cellules.

Cette technique nécessite de savoir où se trouvent les cellules afin de réaliser la meilleure impression possible et les préserver. L’équipe a donc développé un système doté d’une lumière laser qui peut cartographier la composition chimique et architecturale du matériau à imprimer. En fonction de cette composition, la machine choisit la bonne géométrie à produire. On s’appuie à la fois sur l’intelligence artificielle, l’imagerie 3D, la vision par ordinateur et la modélisation paramétrique. Sammy Florczak est doctorant dans ce laboratoire. Il a participé à l’élaboration de ce procédé : « Dans le passé, l’impression dépendait toujours du plan du concepteur. Aujourd’hui, GRACE contribue à la conception elle-même. L’imprimante « voit » quels types de cellules se trouvent dans le matériau et où elles se trouvent. Ensuite, à l’aide d’outils d’IA, elle crée une conception adaptée à l’objet à imprimer. Cette nouvelle imprimante dispose essentiellement de ses propres « yeux » (l’imagerie laser) et de son propre « cerveau » (le nouveau logiciel d’IA). Ce niveau de personnalisation permet d’obtenir des tissus qui survivent et fonctionnent mieux.« 

GRACE pourrait donc résoudre différents obstacles – on vous parlait des vaisseaux sanguins mais les applications sont bien plus nombreuses. Pensez par exemple à l’industrie pharmaceutique – le procédé pourrait concevoir des structures capables de libérer une substance médicamenteuse parfaitement dosée. L’équipe a également exploré la création d’un modèle osseux avec du cartilage : un fémur a été imprimé en 3D dans un gel contenant des cellules dérivées du cartilage articulaire et des cellules souches de la moelle osseuse. Une fois cela terminé, GRACE a pu automatiquement positionner et imprimer le cartilage autour de la tête fémorale.

Riccardo Levato conclut : « Ce premier travail sur GRACE n’est qu’un début. Nous travaillons actuellement à augmenter le nombre de cellules pouvant être imprimées, afin de pouvoir également imprimer d’autres tissus tels que le cœur et le foie. De plus, nous souhaitons rendre cette technique accessible à d’autres laboratoires afin qu’ils puissent l’appliquer à leur propre méthode d’impression. » D’ailleurs, il n’est pas dit que GRACE ne soit pas utilisé demain par d’autres industries que le secteur médical. Vous pouvez retrouver l’ensemble de la recherche ICI.

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*Crédits de toutes les photos : Riccardo Levato