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Le monde de la science-fiction des organes imprimés en 3D

Le monde de la science-fiction des organes imprimés en 3D



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Revenons-y avec l'impression 3D. Comme nous l'avons mentionné dans de précédents articles sur la fabrication additive, l'impression 3D aura un impact sur presque toutes les grandes industries du monde, y compris la santé. Nous avons déjà vu comment l'impression 3D pourrait profiter à l'industrie de la santé avec la récente pandémie de coronavirus.

Les principales sociétés d'impression 3D telles que Carbon, Prusa Research et Formlabs impriment des écrans faciaux, des masques et des outils hospitaliers essentiels pour les professionnels de la santé. L'ensemble de la communauté de l'impression 3D a travaillé d'arrache-pied pour alléger la pression sur les chaînes d'approvisionnement et les gouvernements.

L'impression 3D promet de changer le secteur de la santé pour mieux offrir aux patients des choses comme des médicaments plus intelligents et des prothèses hyper personnalisées. Cependant, comme dans le film Dark Man de 1990, il pourrait devenir courant pour les médecins d'imprimer des organes pour traiter des patients. En fait, cela se produit déjà. Des chercheurs de diverses universités de premier plan ont imprimé en 3D les principaux organes humains fonctionnels. Actuellement, partout dans le monde, et en particulier aux États-Unis, les pénuries d'organes sont un problème de santé croissant.

Les organes imprimés en 3D pourraient sauver la vie des gens

En raison de l'énorme demande d'organes, on a estimé que900,000 les décès chaque année pourraient être évités grâce à des organes modifiés. Actuellement, aux États-Unis, il y a 113,000 hommes, femmes et enfants sur la liste d'attente nationale de transplantation en juillet 2019. Malheureusement, en moyenne,20 personnes meurent chaque jour en attente d'une greffe, tandis que toutes les 10 minutes, une nouvelle personne est ajoutée à la liste d'attente. Les organes imprimés en 3D sont une solution viable. Plus encore, ces organes d'ingénierie vont bien au-delà de leurs avantages pratiques car ces nouveaux organes d'ingénierie sont très rentables.

Par exemple, selon la National Foundation for Transplants, une greffe de rein standard peut coûter en moyenne plus de $300,000, alors qu'une bio-imprimante 3D, l'imprimante utilisée pour créer des organes imprimés en 3D, peut coûter aussi peu que $10,000 les coûts devraient baisser à mesure que la technologie évoluera au cours des deux prochaines années. Les professionnels de la santé et les chercheurs sont enthousiasmés par l'ère à venir des organes imprimés en 3D.

Aujourd'hui, nous allons explorer davantage les implications de la bio-impression 3D, les défis, les avantages et les problèmes potentiels de ce nouveau produit révolutionnaire. Au cours des deux prochaines années, la demande de bio-impression ne devrait qu'augmenter.

Les bases: qu'est-ce que la bio-impression 3D?

Vous pouvez entendre le processus des organes imprimés en 3D décrit comme la bio-impression 3D, les produits finaux (organes) étant appelés organes d'ingénierie. En bref, le processus de bio-impression est similaire à de nombreux processus de fabrication additive que vous connaissez. Cependant, dans ce cas, la fabrication additive, le processus implique la combinaison de cellules et de facteurs de croissance pour créer une structure ressemblant à un tissu et éventuellement des organes. Pensez à votre imprimante FDM standard. Il y a de fortes chances que vous en ayez un sur votre bureau en ce moment ou que vous en ayez vu un en action. Le processus est très similaire.

Lorsque vous souhaitez imprimer quelque chose en 3D, la première chose à faire est de créer un modèle numérique, qui est ensuite imprimé en un objet 3D physique à l'aide de thermoplastique, couche par couche. La bio-impression fonctionne de manière similaire, les chercheurs créant un modèle du tissu qu'ils souhaitent créer, suivi du processus d'impression qui est le dernier objet couche par couche. Cependant, comme les imprimantes utilisent des cellules stériles, la résolution de l'impression (hauteur de couche) et la structure de la matrice doivent être correctement préparées pour l'impression.

Pour le décomposer davantage, ressemblant étroitement à la pré et à la post-production de l'impression SLA, les chercheurs prennent des mesures spécifiques pour s'assurer que les organes sont correctement imprimés. Tout d'abord, pendant la phase de pré-production, les professionnels de la santé créent le modèle numérique de leur impression à l'aide de technologies telles que la tomodensitométrie et l'imagerie par résonance magnétique. Les imprimantes sont ensuite préparées et stérilisées avant l'impression afin d'optimiser la viabilité cellulaire.

Ensuite, le modèle est envoyé à l'imprimante. Plutôt que d'utiliser un thermoplastique, les chercheurs utilisent la bioinque pour imprimer leurs structures. L'encre Bioink est extrudée couche par couche avec une épaisseur moyenne d'environ 0,5 mm ou moins. Pourtant, tout comme un filament, le bioink est placé dans une cartouche d'imprimante et est utilisé pour créer le modèle 3D physique. Enfin, lors de la phase de post-production, une fois l'impression terminée, les chercheurs stimulent mécaniquement et chimiquement la pièce pour assurer la création de structures stables. Le processus de solidification de l'organe est généralement facilité par la lumière UV, des produits chimiques spécifiques ou même parfois par la chaleur.

Bioink est le «filament» utilisé dans les bio-imprimantes

Comme mentionné ci-dessus, Bioink est utilisé pour créer les tissus artificiels modélisés lors du processus de bio-impression 3D. De multiples propriétés différentes font de Bioink la solution idéale pour la tâche précise à accomplir. Après une inspection plus approfondie, vous vous rendrez compte que ce bioink est composé de cellules et d'un matériau de support, qui est généralement un gel de biopolymère.

Bien que les bioinks puissent être entièrement fabriqués à partir de cellules, ce gel de biopolymère est nécessaire pour maintenir les cellules en place, leur permettant de se développer, de se propager et même de se multiplier, protégeant les cellules pendant le processus d'impression 3D. Sans ce gel biopolymère, le processus d'impression 3D de tissu serait beaucoup plus difficile.

Lors de l'impression à l'aide d'une imprimante FDM, la buse utilisée pour le processus d'impression est chauffée à des températures élevées pour faire fondre le plastique et créer la pièce voulue. Lors de l'utilisation de la bio-imprimante 3D, le processus est le même et souligne à nouveau l'importance du polymère. Lorsque la bioink passe à travers la buse d'une imprimante, la chaleur ne doit pas «cuire» la cellule.

Le gel biopolymère empêche les cellules de devenir trop chaudes pendant le processus d'impression. Plus encore au cours de ce même processus, les propriétés viscoélastiques du gel aident à éviter que les cellules ne soient endommagées lors du processus d'extrusion hors de la buse lors de l'impression.

Maintenant, si vous vous demandez ce que vous pourriez trouver d'autre dans la mini soupe cellulaire de bioinks, aujourd'hui vous avez de la chance. Comme l’a déclaré l’équipe d’All3DP, «… les bioinks reposent sur une combinaison de plusieurs polymères pour parvenir à une sorte de juste milieu où les contraintes chimiques, physiques et biologiques sont respectées.» En règle générale, Bioink peut inclure n'importe quoi, de l'acide hyaluronique au collagène, en passant par l'alginate, la cellulose et même la soie.

Les gens ont-ils encore imprimé des organes en 3D?

La réponse courte, oui. En 2017, une équipe d'ingénieurs de l'Université des sciences et technologies de Pohang a développé et imprimé en 3D ce qu'ils ont surnommé «bio-vaisseaux sanguins» en utilisant des matériaux du corps humain comme modèle pour le processus. Le vaisseau sanguin fonctionnait à merveille sans aucun problème. Alors que des chercheurs de l'Université de Harvard, juste un an plus tôt, ont développé un nouveau type de bioinque spécifiquement pour les reins, permettant à l'équipe de chercheurs de créer des parties fonctionnelles cruciales du rein.

Alors qu'une équipe de la startup de bio-impression Organovo, à San Diego, a déjà démontré qu'elle pouvait imprimer des patchs hépatiques humains et les implanter chez des souris. Cependant, les objectifs de l'équipe Organovo ne s'arrêtent pas là. Comme mentionné sur leur site Web, «Nous sommes les pionniers d'un ensemble unique de capacités de profilage thérapeutique et médicamenteux, basé sur notre capacité révolutionnaire à imprimer en 3D des tissus bio-imprimés qui imitent les aspects clés de la biologie humaine et des maladies. Nous nous efforçons de changer le visage de la médecine grâce au développement clinique de thérapies de médecine régénérative pour le traitement des maladies et en permettant la découverte de médicaments translationnelle.

Les essais sur l'homme pour les greffes de foie pourraient commencer dès cette année. L'idée de la bio-impression d'organes humains n'est plus une idée loin de la science-fiction. Des chercheurs d'entreprises privées et de grandes universités ont imprimé des oreilles, des poumons et même un cœur.

La technologie de bio-impression est loin d'être parfaite

Oui, il y a eu de multiples efforts fructueux dans la création de tissus et d'organes modifiés. Cependant, la technologie a encore du chemin à parcourir avant d'être pleinement adaptée dans les hôpitaux près de chez vous. Il y a des obstacles évidents que nous devons surmonter.

Premièrement, la bio-impression doit devenir plus rapide et pouvoir produire des tissus à une résolution plus élevée. Le fait de pouvoir imprimer en 3D un organe en quelques heures ou quelques minutes pourrait rendre la bio-impression 3D beaucoup plus intéressante sur le plan commercial. Alors que la résolution plus élevée permettrait une meilleure interaction et un meilleur contrôle dans le microenvironnement 3D.

Deuxièmement, nous avons besoin de plus de biomatériaux. Pour le moment, c'est comme imprimer avec seulement quelques filaments. Tout comme avec une imprimante FDM ou même SLA, vous utilisez différents supports d'impression pour traiter différents travaux.

Il en va de même pour le monde du bioink et les types complexes et variés de traitements des tissus médicaux dont les humains peuvent avoir besoin. Néanmoins, la technologie est passionnante et, comme mentionné ci-dessus, pourrait sauver des millions de vies sous peu. La concurrence croissante dans le secteur privé pourrait aider à engendrer l'innovation rapide nécessaire pour rendre l'impression 3D viable.

Que pensez-vous du monde de la bio-impression 3D? Cette technologie va-t-elle révolutionner le secteur de la santé?


Voir la vidéo: Combattre lObsolescence: Conception et Impression 3D fonctionnelle (Août 2022).