Léger, biocompatible, élastique… L’hydrogel est le matériau idéal pour un grand nombre d’applications en santé, et notamment en médecine régénérative. Constitué de polysaccharides et de protéines, il peut servir à produire des supports par la régénération osseuse, des vaisseaux sanguins ou même des parois cardiaques.
Un gros obstacle demeure cependant : il est impossible de produire des structures complexes avec de l’hydrogel grâce aux moyens conventionnels. Les techniques classiques d’impression 3D sont également exclues, à cause de l’élasticité de l’hydrogel qui fait courir un risque de déformation de l’objet au fur et à mesure de son impression.
Une technologie so FRESH
Dans un article paru dans « Science Advance », Thomas Hinton et ses collègues du département d’ingénierie biomédicale de l’université Carnegie Mellon, à Pittsburg, montrent qu’il est possible de contourner le problème en faisant appel à une nouvelle technique d’impression 3D baptisée FRESH (freeform reversible embedding of suspended hydrogels).
Le concept est le suivant : une aiguille spéciale dépose, couche après couche, l’hydrogel qui doit constituer la structure finale. Afin de s’assurer que l’objet conserve sa forme au cours du processus de polymérisation, l’injection est réalisée à l’intérieur d’un autre bloc d’hydrogel, de composition différente, dont le point de fusion se situe entre 22 et 37 °C.
Ce bloc gélatineux est suffisamment solide pour maintenir la forme du futur organe, mais suffisamment liquide pour que la seringue puisse manœuvrer. Une fois l’impression achevée, la température de l’ensemble est élevée à 37 °C, le bloc se liquéfie et libère l’organe en hydrogel. Les auteurs précisent que les températures employées lors de l’intégralité du processus sont compatibles avec la survie de cellules souches qui peuvent donc être incorporées à l’hydrogel.
Fémur, fourche aortique et cœur de poulet
À l’aide de ce procédé, les auteurs se sont appuyés sur des plans fournis par l’imagerie 3D pour imprimer successivement un fémur et une bifurcation aortique ayant, à 15 % près, la même taille que leurs originaux mesurés chez des patients. Des tests ont permis d’éprouver la solidité et l’élasticité du fémur, tandis que l’utilisation de liquide physiologique coloré a montré qu’il n’y avait pas de diffusion dans les parois de la reproduction de fourche aortique. Après ce succès, Thomas Hinton et ses collègues sont passés à la vitesse supérieure, en reproduisant avec succès un cœur de poulet entier.
Afin d’éprouver la capacité de leur procédé à reproduire fidèlement de toutes petites structures, ils ont fabriqué un « cerveau miniature » de 3 cm arborant toutes les circonvolutions du modèle d’origine, mais à une plus petite échelle.
Une imprimante 3D commerciale à 360 euros
Alors que des imprimantes 3D spécialisées dans l’impression de prothèses coûtent aux environs de 100 000 euros, les auteurs de l’article de « Science Advance » se targuent d’avoir inventé une solution particulièrement abordable. « FRESH se base sur du hardware et des logiciels open source, et la gélatine employée ne coûte pas très cher et est rapide à préparer, expliquent-ils, nous sommes parvenus à déployer FRESH sur une imprimante 3D commerciale à 400 dollars », soit un peu plus de 360euros. Il est même possible d’imprimer l’aiguille spéciale destinée aux dépôts de l’hydrogel à l’aide d’un plan disponible sur le site dédié à l’impression 3D en santé des NIH.
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