Imiter et comprendre le comportement des os grâce à la fabrication additive

Les os sont d’une complexité trompeuse. Ils sont à la fois légers, poreux et solides, une combinaison qui pose depuis longtemps un défi aux ingénieurs et aux cliniciens qui tentent de les remplacer ou de les réparer. Les implants métalliques et les greffes osseuses restent les solutions standard, mais ils se comportent rarement comme de vrais os une fois à l’intérieur du corps.

Les chercheurs de l’UNSW Canberra étudient si l’impression 3D peut aider à combler cette lacune. Leurs travaux se concentrent sur des échafaudages osseux biodégradables conçus pour mieux correspondre à la structure interne et à la réponse mécanique de l’os, plutôt que de simplement combler un défaut.

Aller au-delà des conceptions uniformes d’échafaudages

L’équipe a mis au point des échafaudages imprimés en 3D qui reproduisent les principales caractéristiques de l’os naturel, notamment sa résistance et sa porosité. Une fois implantées, ces structures servent de supports temporaires, permettant la formation de nouveaux tissus avant de se dissoudre progressivement. En principe, cela pourrait réduire le besoin d’interventions chirurgicales supplémentaires.

La différence réside en grande partie dans la conception des échafaudages. Au lieu d’utiliser des motifs uniformes et répétitifs, les chercheurs se sont tournés vers des structures en treillis stochastiques. Ces architectures irrégulières ressemblent davantage à l’os, dont la densité varie en fonction de l’emplacement et de la fonction. Les échafaudages ont été imprimés avec du PLA, un polymère biodégradable déjà largement étudié dans les applications médicales.

Test de résistance dans des conditions réelles

Pour évaluer les performances, l’équipe a imprimé des échafaudages avec différentes orientations internes, notamment dans le sens longitudinal, transversal et diagonal. Les tests mécaniques ont montré que les structures résistaient mieux aux chocs soudains qu’aux charges lentes et régulières. Le comportement à la rupture variait également en fonction de l’orientation, ce qui suggère que l’architecture interne joue un rôle plus important qu’on ne le pensait auparavant.

« Sous des charges rapides, le matériau se comporte de manière plus fragile, mais il absorbe également l’énergie plus efficacement. Ceci est particulièrement important pour les scénarios réels tels que les chutes ou les accidents », a déclaré Kaushik Raj Pyla, auteur principal de l’étude.

Pourquoi le flux sanguin est important pour la guérison

La résistance mécanique n’est toutefois qu’une partie de l’équation. Les chercheurs ont également examiné la façon dont les fluides circulent à travers les échafaudages, un facteur essentiel pour la guérison. Le sang et les nutriments doivent pouvoir circuler librement pour favoriser la croissance et la régénération cellulaires.

« Nous avons constaté que certaines conceptions offraient des performances particulièrement bonnes en termes de résistance et de circulation des fluides. Cela suggère que les implants peuvent être adaptés en fonction des contraintes subies par les différents os », a ajouté M. Pyla.

Les échafaudages ne sont pas encore prêts à être utilisés en clinique, et des tests biologiques et des travaux réglementaires supplémentaires seront nécessaires. Néanmoins, les résultats indiquent que des approches plus spécifiques au patient pourraient être adoptées pour la réparation osseuse. À mesure que la fabrication additive médicale progresse, des études comme celle-ci soulignent que les choix de conception peuvent être tout aussi importants que le choix des matériaux.

Selon vous, quel rôle les échafaudages osseux imprimés en 3D joueront-ils dans les futures applications orthopédiques et de médecine régénérative ? N’hésitez pas à partager votre avis dans les commentaires de l’article. Vous êtes intéressés par l’actualité de l’impression 3D médicale ? Cliquez ICI. Vous pouvez aussi nous suivre sur Facebook ou LinkedIn !

*Crédits photo de couverture : UNSW Canberra