L’impression 3D est en passe de révolutionner la chirurgie

Dernière mise à jour 05/12/14 | Article
L’impression 3D est en passe de révolutionner la chirurgie
Une vertèbre imprimée en trois dimensions a été implantée, avec succès, chez un enfant chinois. Une première qui ouvre de nombreuses perspectives médicales et pharmaceutiques.

De quoi on parle

Les faits

C’est une première mondiale: une vertèbre imprimée en 3D a été implantée chez un enfant de 12 ans en Chine. Suite à une blessure au cou survenue lors d’un match de football, les médecins ont décidé de remplacer une vertèbre après y avoir découvert une tumeur cancéreuse.

Le bilan

Le patient semble avoir bien supporté l’intervention. Confiants, les médecins espèrent une convalescence plus courte grâce à ce nouveau procédé.

De petites pièces de plastique, des poignées de meubles, des jouets et même des armes à feu… les imprimantes 3D permettent de fabriquer toutes sortes d’objets chez soi. Après la chute des brevets, elles se sont démocratisées et prennent place peu à peu dans les ménages.

La médecine, elle, profite depuis plusieurs années déjà (lire l’encadré) de cette technique qui ouvre des perspectives inédites et pourrait bien révolutionner sa pratique, tant dans le domaine de la chirurgie que dans celui de la recherche pharmaceutique.

Si les machines à destination des particuliers sont très différentes de celles pour les professionnels et que les modes de fonctionnement sont multiples, le principe de base de l’impression en trois dimensions reste le même. Sur la base d’un fichier numérique, l’objet se forme grâce à la superposition de couches de matériau et non par l’ablation de matière, comme c’est le cas dans l’usinage ou le façonnage.

L’impression 3D est en passe de révolutionner la chirurgie

C’est ainsi qu’en Chine, un enfant de 12 ans s’est vu implanter une vertèbre artificielle, préalablement «imprimée», pour remplacer une vertèbre touchée par une tumeur cancéreuse. Selon le Dr Martin Broome, chirurgien maxillo-facial au Centre hospitalier universitaire vaudois (CHUV), «l’impression 3D a permis ici une prouesse technique unique que les méthodes classiques ne pouvaient pas offrir». Ses avantages: un degré de précision élevé et une grande qualité dans l’élaboration du matériel, ce qui est particulièrement utile dans le cas d’une vertèbre, élément anatomique petit et très complexe. «L’utilisation de matériaux biocompatibles, le temps nécessaire à l’impression et le risque de contamination lors de la fabrication sont quelques-unes des difficultés inhérentes à cette technique, temporise le spécialiste. De plus, nous ignorons encore quelles parties du corps peuvent être fabriquées ainsi et comment elles vont interagir avec les zones osseuses et les tissus environnants.»

Une banque d’os artificiels

Des chercheurs de l’Université de Tokyo travaillent sur la production en masse d’os artificiels imprimés en 3D. Les os étant composés principalement de phosphate de calcium, ils ont mis au point une technique d’impression au moyen d’encre d’os, chauffée à très haute température, puis injectée dans des moules qui ont la forme d’humérus, de fémur, etc. Cette technique a, selon ces chercheurs, l’avantage de pouvoir fabriquer très rapidement une grande quantité d’os.

Leur projet, ainsi que celui de la société japonaise à laquelle ils sont associés, est la création d’une banque d’os artificiels pour les urgences médicales nécessitant une greffe rapide. Le produit devrait être commercialisé d’ici deux à trois ans.

La réalisation de prothèses sur mesure – sur la base de l’image d’un scanner ou d’une IRM – est ainsi l’une des applications cliniques de l’impression 3D les plus répandues aujourd’hui. Récemment, aux Pays-Bas, une patiente souffrant d’une maladie conduisant à l’épaississement de ses os a reçu un nouveau crâne en plexiglas, le plus grand implant imprimé jamais posé. Plus couramment, on utilise cette technique pour fabriquer des prothèses auditives, des prothèses dentaires et des prothèses de hanche. Eric Boillat, chercheur à l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, explique que les «procédés additifs» permettent le sur-mesure à des prix très concurrentiels, la fabrication étant automatisée. De plus, pour la hanche notamment, les matériaux biocompatibles employés offrent une bonne porosité, ce qui permet à l’os de bien croître autour de la pièce.»

L’impression du vivant

Si l’impression de pièces inertes est l’application clinique la plus avancée, celle de tissus ou de cellules vivantes (voir infographie) en est encore à l’état de recherche. Mais le domaine est très prometteur, selon Matthias Lütolf, professeur associé à l’EPFL: «On essaie d’identifier une "encre" pour imprimer des cellules qui puissent survivre, pousser, communiquer entre elles et finalement s’organiser en tissus musculaires ou vasculaires, par exemple. Imprimer des cellules souches, qui naturellement peuvent se développer dans des tissus, est un autre espoir.»

La 3D utile dans la préparation opératoire

Comme en témoigne le Dr Martin Broome, chirurgien maxillo-facial au CHUV à Lausanne, l’impression 3D est de plus en plus utilisée dans les hôpitaux, notamment pour fabriquer des outils chirurgicaux, mais pas seulement. Les indications médicales tendent à s’élargir. En oncologie, dans le cas de malformation chez l’enfant ou de fracture complexe suite à un accident, par exemple, les chirurgiens peuvent désormais planifier les interventions en imprimant de véritables guides opératoires en trois dimensions.

Grâce à ces maquettes, la zone à opérer peut être modélisée de façon très précise: le chirurgien sait à quel endroit il doit ouvrir le patient, quelles parties il doit couper, etc. «Programmer les choses à l’avance est un gain en matière de précision des gestes, mais aussi de temps opératoire. Or on sait que l’utilisation d’un bloc opératoire coûte cher», explique le Dr Broome.

Par ailleurs, ces guides opératoires sont de vrais outils pédagogiques, poursuit le médecin. Ils sont utiles pour montrer aux patients en quoi va consister l’intervention.

Dans le cadre de la formation également, l’impression d’une partie anatomique permet aux étudiants (mais aussi aux médecins) de s’exercer avant d’intervenir sur le patient: «Pour réparer une fracture, explique le Dr Broome, l’étudiant peut se préparer et se former sans la pression du temps et sans le stress d’avoir le patient endormi. C’est une forme d’opération virtuelle.»

En revanche, la création de tissus qui fonctionnent ou d’organes artificiels est très complexe, comme l’explique le Dr Broome: «En plus de la question des matériaux biocompatibles, se pose celle du temps d’impression. Il faut entre six et huit heures pour fabriquer un morceau d’os. Or pour un organe, pièce plus volumineuse, limiter le plus possible le temps d’inertie est une nécessité. Autre difficulté, celle de la vascularisation (création de vaisseaux sanguins, ndlr): elle sera d’autant plus problématique que la pièce est grande.»

A court terme, toutefois, «imprimer» des tissus simples – peau ou tissus musculaires – est tout à fait réaliste, selon le scientifique. Concrètement pour le patient, la fabrication de tissus humains pourrait permettre d’éviter que l’on prélève du tissu sur son corps pour combler un trou quelconque. Mais cette technique pourrait révolutionner la recherche pharmaceutique. «Au lieu de tester les médicaments sur des souris, on le fera directement sur des tissus humains imprimés, ce qui a l’avantage d’être beaucoup plus pertinent, se réjouit Matthias Lütolf. On pourra également modéliser des tissus malades et observer l’action directe des médicaments.»

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