Application du mois : un nouveau matériau d’impression 3D pour créer des greffons osseux

À mesure que la recherche sur les matériaux d’impression 3D progresse, de plus en plus de projets innovants voient le jour dans une multitude de secteurs. Cette fois-ci, nous mettons en lumière une application médicale liée à la fabrication additive et réalisée par des chercheurs de l’université de Waterloo. L’équipe a créé un matériau innovant qui imite les propriétés du tissu osseux et promet de révolutionner le traitement des patients qui subissent une chirurgie reconstructive et une réparation osseuse. Le nouveau matériau, un nanocomposite biopolymère, peut être utilisé dans des imprimantes 3D résine pour fabriquer des greffons osseux personnalisés, adaptés aux besoins de chaque patient.

Actuellement, les reconstructions chirurgicales majeures reposent sur des implants métalliques et des dons d’os. Cependant, ces derniers ne s’adaptent souvent pas parfaitement à l’anatomie du patient et peuvent être rejetés par le corps du receveur. C’est pourquoi de nombreux centres médicaux et hôpitaux se tournent vers l’impression 3D. La capacité des matériaux d’impression 3D offre une alternative qui pourrait réduire le besoin d’implants métalliques, diminuer le risque d’infection et améliorer l’acceptation du greffon par le corps du patient.

Le Dr Maud Gorbet observe les ostéoclastes (cellules qui mangent l’os et le résorbent) dans un matériau nanocomposite imprimé en 3D.

Des greffes osseuses améliorées grâce à l’impression 3D

Le matériau développé par les chercheurs incorpore des nanoparticules qui imitent la composition minérale de l’os, renforçant ainsi le biopolymère. L’objectif final est que les cellules osseuses du patient se développent et remplacent le nanocomposite par de l’os « neuf », permettant ainsi au matériau d’être éliminé naturellement du corps. Elizabeth Diederichs, PhD, Waterloo, explique : « Nos travaux se concentrent actuellement sur l’amélioration de la résistance fonctionnelle de notre nanocomposite biopolymère en tant qu’implant et sur sa capacité à être remplacé par de l’os vivant au fil du temps. L’objectif est que ce matériau réduise la nécessité pour les patients de subir des opérations répétées après une chirurgie de reconstruction osseuse. »

Pour ce faire, ils ont utilisé l’imprimante 3D résine Sonic XL 4K du fabricant Phrozen. Basée sur la technologie mSLA (Masked Stereolithography Apparatus), cette machine a permis de créer des modèles médicaux avec une hauteur de couche de 50 μm. Une fois le processus de fabrication terminé, les pièces en biopolymère ont été rincées à l’éthanol et post-traitées dans une station de polymérisation UV. En ce qui concerne la technique utilisée, les chercheurs ont essayé d’utiliser l’impression par extrusion mais n’ont pas obtenu les résultats escomptés. Ils affirment que, comparée à d’autres procédés de fabrication, la technologie mSLA est beaucoup plus rapide, ce qui permet de produire des pièces avec beaucoup moins de défauts et une plus grande fidélité.

L’équipe de recherche, de gauche à droite : Dr Dibakar Mondal, Elizabeth Diederichs, Dr Maud Gorbet et Dr Thomas Willett.

Les premiers tests de compatibilité avec les cellules osseuses ont été menés avec succès en collaboration avec le Dr Maud Gorbet, professeur d’ingénierie et directrice du programme d’ingénierie biomédicale de Waterloo. « Tout matériau implanté dans le corps suscite une réaction », explique Maud Gorbet. « Nos tests montrent que la réponse biologique des cellules osseuses à notre nanocomposite biopolymère dépasse celle des méthodes traditionnelles. Elles adhèrent, prolifèrent et conservent leur comportement, ce qui est très intéressant. »

Un avenir prometteur pour ce nanocomposite biopolymère

Cette avancée s’inscrit dans le cadre de l’initiative Health Futures de l’université de Waterloo, qui vise à améliorer la santé et le bien-être grâce aux avancées technologiques, aux soins virtuels et aux applications des données de santé. Avec ce nouveau matériau, les chercheurs continuent de repousser les limites de la technologie médicale et, plus particulièrement, le potentiel de l’impression 3D. Le Dr Thomas Willett, chercheur principal, conclut : « Nous avons créé un matériau solide, imprimable en 3D et compatible avec le potentiel de devenir un nouveau tissu osseux. Grâce à cette technologie, nous pouvons obtenir la géométrie spécifique au patient nécessaire pour reconstruire les défauts osseux avec plus de succès. » L’équipe recherche à présent des fonds pour mener des essais supplémentaires et obtenir les autorisations réglementaires nécessaires à l’introduction de la technologie en milieu clinique. Vous trouverez ci-dessous un tableau reprenant les informations les plus pertinentes concernant cette application. Pour en savoir plus, cliquez ici.

Crédits photo : 3Dnatives

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*Crédits photo de couverture : Université de Waterloo