7 cas d'utilisation étonnants de l'impression 3D dans le domaine médical
- Woo Mo Sik
- il y a 1 jour
- 8 min de lecture
L'impression 3D, ou fabrication additive, révolutionne le secteur médical depuis une dizaine d'années. Les professionnels de santé utilisent cette technologie pour développer de nouveaux outils médicaux, des implants orthopédiques et des prothèses, ainsi que des répliques personnalisées de tissus, d'os et d'organes.
Implant de hanche imprimé en 3D avec un biomatériau de nouvelle génération présentant une excellente biocompatibilité et favorisant la guérison osseuse.
Table des matières
L'essor de l'impression 3D dans le domaine médical
Selon Global Market Insights, le marché de l'impression 3D dans le secteur de la santé était évalué à plus de 1,7 milliard de dollars américains en 2020 et devrait croître à un TCAC de plus de 22,3 % entre 2021 et 2027.
L'Amérique du Nord domine le marché de l'impression 3D dans le secteur de la santé, détenant 40 % des parts de marché, soit une valeur de plus de 701,4 millions de dollars américains. Source : Global Market Insights
Le soutien croissant de la FDA aux mesures de contrôle de la qualité et de sécurité est un facteur déterminant du développement de l'industrie en Amérique du Nord. Par ailleurs, on observe une intensification des activités de recherche et développement en Amérique du Nord, tant du côté des établissements universitaires que des fabricants.
Avantages de l'impression 3D pour les patients et les médecins
Soins de santé personnalisés
Procédé de fabrication Shapeshift pour vêtements connectés personnalisés. Crédit : 3D Natives
Grâce aux progrès récents des technologies et des matériaux, la fabrication additive permet de concevoir et d'imprimer des pièces plus complexes et offre un plus large choix de matériaux que les méthodes de fabrication conventionnelles. Les professionnels de santé peuvent désormais créer facilement des outils et des implants médicaux sur mesure, parfaitement adaptés à l'anatomie du patient ou à une intervention chirurgicale spécifique.
Un meilleur ajustement des prothèses et des implants peut réduire considérablement le risque d'infection, assurer des fonctions sans douleur et accélérer le processus de guérison.
Conception et production rapides
La conception et la fabrication des prothèses et implants traditionnels peuvent prendre des semaines, surtout s'ils sont réalisés sur mesure pour un patient.
Grâce aux techniques d'impression 3D, les professionnels de la santé peuvent concevoir et imprimer l'objet en interne sur une imprimante 3D professionnelle en quelques jours (et parfois même moins), ce qui est beaucoup plus rapide que les pièces moulées ou usinées.
Cela pourrait réduire considérablement le temps d'attente des patients et diminuer les risques de complications pouvant survenir en raison de retards ou d'indisponibilités de dispositifs médicaux.
Augmenter les coûts efficacement
L'impression 3D permet aux patients d'accéder à des prothèses et implants sur mesure à un prix abordable, contrairement aux procédés de fabrication traditionnels qui sont extrêmement coûteux. Elle ne nécessite aucun outillage, gabarit ou dispositif de fixation spécifique, et aucune quantité minimale de production n'est requise.
L'ensemble du processus – de la numérisation à la modélisation 3D et à l'impression – peut être réalisé simplement par une seule personne et une imprimante 3D de bureau peu coûteuse, ce qui permet d'économiser du temps, de la main-d'œuvre et de l'argent.
Applications concrètes de l'impression 3D dans le domaine médical
1. Modèles anatomiques 3D pour la planification chirurgicale
Intervention chirurgicale pour l'ablation d'une tumeur réalisée avec planification 3D à l'hôpital pour enfants SJD de Barcelone. Crédit : Hôpital pour enfants SJD de Barcelone
En 2013, l'hôpital pour enfants SJD de Barcelone a utilisé l'impression 3D pour planifier avec succès la toute première opération complexe contre un cancer chez un garçon de 5 ans . Ce dernier était atteint d'un neuroblastome, un cancer infantile rare qui se développe dans les tissus nerveux. Afin d'enlever la tumeur sans mettre sa vie en danger, les chirurgiens ont dû faire preuve d'une grande habileté pour éviter de sectionner les vaisseaux sanguins et les organes environnants.
Après deux tentatives infructueuses, l'équipe a créé une réplique grandeur nature, imprimée en 3D, de la tumeur du garçon, à partir de matériaux dont la texture était similaire à celle des organes. Grâce à ce modèle 3D, les chirurgiens ont analysé avec précision les rapports anatomiques entre la tumeur, les vaisseaux et les organes, et simulé l'excision complexe de la tumeur. Après plus d'une semaine de répétitions, les chirurgiens ont réussi à retirer la tumeur du corps du garçon. Ce dernier devrait se rétablir complètement sans autre intervention chirurgicale.
Depuis 2017, la technologie 3D a été utilisée par les professionnels de l'hôpital dans une centaine d'interventions chirurgicales pour planifier des procédures complexes, créer des guides de coupe et des instruments chirurgicaux, et concevoir des prothèses et des implants sur mesure. L'impression 3D est désormais accessible à d'autres spécialités de l'hôpital, notamment en traumatologie, chirurgie maxillo-faciale, chirurgie oncologique, neurochirurgie, cardiologie, chirurgie plastique et chirurgie dentaire.
2. Prothèse de membre
L'emboîture prothétique est fabriquée sur mesure pour s'adapter à la jambe de chaque patient grâce à la technologie 3D. Crédit : Collection d'instruments scientifiques de l'Université de Toronto
On compte plus de 57,7 millions de personnes amputées dans le monde. Si les prothèses facilitent leurs déplacements, elles restent trop coûteuses et inconfortables. Ce problème est encore plus criant chez les enfants amputés : leur croissance les rend rapidement inadaptés et leurs prothèses doivent être fréquemment remplacées. Le coût moyen d’une prothèse adaptée pour un enfant s’élève à 80 000 dollars américains.
L’ Université de Toronto a mis au point, grâce à la technologie d’impression 3D, une méthode rapide et économique pour fabriquer des emboîtures de jambe sur mesure pour enfants . Le procédé est simple : un technicien scanne le moignon, modélise l’emboîture à partir des données 3D et lance l’impression. Six à neuf heures plus tard, l’emboîture, conçue spécifiquement pour le patient, est prête.
3. Production en série de fournitures médicales d'urgence
Attelle de doigt imprimée en 3D, conçue par Ian McHale pour la stabilisation temporaire d'un doigt ou d'une articulation après une blessure. Crédit : Thingiverse
Ian McHale, élève de terminale au lycée Steinert aux États-Unis, a mis au point un modèle permettant de fabriquer une attelle pour doigt sur une imprimante 3D bas de gamme en une dizaine de minutes pour moins de 2 centimes de dollar de plastique recyclé .
McHale comprenait les difficultés rencontrées par les pays en développement pour commander d'importantes quantités de fournitures à l'étranger, et a fortiori des attelles sur mesure. C'est pourquoi il a décidé de concevoir des attelles pour les doigts imprimées en 3D, plus abordables et facilement disponibles. Selon la taille de la plateforme, 30 à 40 attelles peuvent être imprimées en une seule fois. Ce modèle d'attelle est également utile aux cliniques, aux hôpitaux isolés et aux postes de secours lorsque les stocks sont limités ou que des outils médicaux spécifiques sont nécessaires.
Le projet de McHale a remporté le premier prix de sa catégorie à la Foire des sciences et de l'ingénierie de Mercer et a été récompensé par l'armée de terre et l'armée de l'air américaines. Il était convaincu qu'avec une imprimante 3D, il serait possible de fabriquer des attelles sur mesure et de les adapter à différentes tailles de doigts. Son modèle d' attelles imprimées en 3D est actuellement disponible en téléchargement gratuit sur Thingiverse, et il invite chacun à concevoir ses propres attelles personnalisées.
4. Remplacement osseux
L'hôpital KMU a imprimé en 3D une clavicule artificielle en PEEK au lieu de l'alliage de titane traditionnel utilisé pour la reconstruction osseuse. Source : 3Dnatives
En 2018, l'équipe médicale de l'hôpital universitaire de Kunming (hôpital KMU) en Chine, en collaboration avec la société d'impression 3D IEMAI 3D, a réalisé avec succès la première greffe au monde d'une clavicule en PEEK imprimée en 3D . L'intervention a été pratiquée sur un homme de 57 ans atteint d'un cancer avancé, dont la clavicule avait dû être retirée afin d'éliminer les cellules cancéreuses des tissus et organes affectés.
Pour fixer la clavicule après la résection, les médecins de l'hôpital KMU ont opté pour une prothèse en PEEK plutôt que pour la traditionnelle plaque de titane, car cela n'affectera pas le traitement de chimiothérapie ultérieur du patient. Le PEEK garantit également une récupération plus rapide et ne présente aucun effet secondaire connu.
L'introduction du PEEK, de l'ULTEM, du PMMA et d'autres thermoplastiques dans le domaine médical ouvre la voie à un plus grand nombre de patients pour subir une chirurgie implantaire, car cela n'affecterait pas leurs traitements futurs possibles.
5. Reconstruction du crâne
Tiffany Cullern a subi une intervention chirurgicale pour retirer une tumeur au cerveau et, suite à des complications, son crâne a été reconstruit à l'aide d'un implant imprimé en 3D. Source : All3DP
Tiffany Cullern, une jeune Britannique de 20 ans, a bénéficié d'une reconstruction crânienne grâce à une plaque crânienne imprimée en 3D .
La jeune fille souffrait d'une tumeur cérébrale extrêmement rare. De la taille d'une balle de golf, la tumeur continuait de grossir. Bien que les chirurgiens aient réussi à l'enlever, Cullern était inconsciente, son cerveau ayant enflé après l'opération. Une seconde intervention chirurgicale fut nécessaire pour retirer sa boîte crânienne et ainsi soulager la pression. Les médecins, craignant une nouvelle poussée, décidèrent de laisser sa boîte crânienne ouverte jusqu'à ce que son état se stabilise.
Après avoir gardé un trou de la taille d'une main dans le crâne pendant trois mois, Cullern a finalement reçu une prothèse crânienne imprimée en 3D, composée de titane, de plastique et de calcium. Elle s'est récemment fiancée à son petit ami et est soulagée d'avoir retrouvé une tête normale ; elle est heureuse de pouvoir enfin tourner la page.
6. Cornées humaines
Le Dr Steve Swioklo et le professeur Che Connon ont réussi à imprimer en 3D la première cornée humaine au monde. Crédit : Université de Newcastle
En 2018, les premières cornées humaines ont été imprimées en 3D par des scientifiques de l'université de Newcastle, au Royaume-Uni.
Les chercheurs ont utilisé des cellules souches cornéennes saines mélangées à de l'alginate et du collagène pour créer une solution imprimable : la « bio-encre ». Grâce à une simple bio-imprimante 3D, cette bio-encre a été extrudée avec succès pour former la cornée humaine en moins de 10 minutes.
Des cornées imprimées en 3D ont été conçues selon les spécifications uniques de chaque patient. En scannant l'œil du patient, les chercheurs ont pu utiliser les données pour imprimer rapidement une cornée correspondant à sa taille et à sa forme.
Bien que les cornées imprimées en 3D nécessitent encore des tests supplémentaires avant de pouvoir être utilisées pour la transplantation, les scientifiques de l'université de Newcastle pensent que les cornées imprimées en 3D pourraient soulager la pénurie mondiale de cornées de donneurs dans un avenir proche.
7. Valves cardiaques
Valve cardiaque artificielle imprimée en 3D. Source : Industrie de l’impression 3D
Jonathan Butcher et son équipe de l'Université Cornell ont été les pionniers de la technologie d'impression tissulaire 3D pour créer des valves cardiaques vivantes possédant la même structure anatomique que les valves natives.
Pour produire une valve artificielle avec précision, l'équipe de Butcher a mis au point des algorithmes qui traitent des ensembles de données d'images 3D d'une valve native et génèrent automatiquement le modèle 3D complet de la valve cardiaque. La bio-impression est ensuite réalisée dans un système à double seringue avec un mélange d'hydrogel d'alginate/gélatine, de cellules musculaires lisses et de cellules interstitielles valvulaires afin de reproduire la structure de la racine et des feuillets de la valve.
Butcher était convaincu que la bio-impression gagnerait en popularité dans le domaine de l'ingénierie tissulaire et de la biomédecine au cours des prochaines années. Les modèles tissulaires personnalisés permettraient aux professionnels de santé de mieux comprendre la pathogenèse des maladies et d'évaluer l'efficacité des médicaments, ou encore de fabriquer des substituts de tissus vivants adaptés à la morphologie du patient.
Il est temps de se lancer dans l'impression 3D médicale !
Il est évident que la tendance à utiliser l'impression 3D dans le domaine médical va continuer de croître, et il est temps pour nous de l'utiliser pour améliorer les soins aux patients.
Si vous trouvez trop compliqué de tout démarrer par vous-même, vous pouvez envisager de consulter des entreprises spécialisées. Novus fournit des filaments d'impression 3D de qualité médicale et des services d'impression 3D aux hôpitaux, aux chercheurs et aux vétérinaires.
Contactez dès aujourd'hui nos conseillers experts à l'adresse info@novusls.com pour une consultation gratuite.
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