L’impression 3D est devenue une technologie transformatrice dans le domaine de la santé ces dernières années. Le nombre d’hôpitaux américains dotés d’installations d’impression 3D centralisées pour la fabrication sur le lieu d’intervention a explosé, passant de seulement trois en 2010 à 113 en 2019.
Avec des imprimantes 3D désormais capables de fabriquer des objets mesurés en microns, ou millionièmes de mètre, la technologie a conduit à « de nouvelles conceptions qui étaient auparavant impossibles », explique Joseph DeSimone, professeur de médecine translationnelle et de génie chimique à l'Université de Stanford et co-fondateur. de l'entreprise de fabrication numérique Carbon.
Les établissements de santé sont toujours confrontés à des défis en matière de remboursement et de réglementation de cette technologie en évolution rapide, selon l'American Hospital Association. Mais même dans un contexte d'ambiguïté réglementaire, « le secteur de la santé est de plus en plus attiré par davantage d'innovations en matière d'impression 3D », explique DeSimone.
Voici quelques cas d’utilisation actuels et des utilisations futures possibles de l’impression 3D médicale.
Cas d'utilisation de l'impression 3D médicale d'aujourd'hui
Sur commande: L'impression 3D a permis une fabrication numérique sur mesure, des produits qui peuvent être fabriqués pour répondre aux besoins spécifiques et à l'anatomie d'un patient. « L'impression 3D fait progresser le domaine des soins de santé grâce à sa capacité à créer des objets spécifiques et adaptés à un patient », déclare Megan Malara, directrice de la division de modélisation médicale, de matériaux et de fabrication (M4) à l'Ohio State University. .
Les dispositifs médicaux personnalisés comprennent les prothèses et les implants ainsi que les instruments chirurgicaux. Ils peuvent aller des produits dentaires (parmi les premières utilisations médicalement approuvées de la technologie 3D) aux implants rachidiens et aux arthroplasties de la hanche et de l’épaule. « La nature sur mesure de l’impression 3D change la donne », déclare DeSimone.
Construction de maquettes : La fabrication sur le lieu d'intervention implique l'impression 3D non seulement d'outils chirurgicaux, mais également de modèles anatomiques qui facilitent le diagnostic et la planification chirurgicale ainsi que la communication avec les patients et les équipes chirurgicales. Parmi les chirurgiens qui ont utilisé des modèles imprimés en 3D aux États-Unis, 94 % ont déclaré que le modèle était un outil précieux pour la planification préchirurgicale.
À l'Ohio State University, la division M4 utilise des tomodensitogrammes et des IRM 2D pour créer une représentation 3D de la partie pertinente de l'anatomie d'un patient. L’équipe imprime ensuite des modèles 3D capables de recréer l’anatomie actuelle et de représenter l’objectif post-chirurgical. De ce fait, le chirurgien détient un modèle physique plutôt que de s’appuyer sur une représentation sur écran plat.
« Les chirurgiens sont très tactiles, donc la possibilité d'avoir quelque chose entre leurs mains pour planifier leur approche et communiquer avec le reste de l'équipe chirurgicale est un outil très précieux », explique Malara.
Cette capacité s'est avérée particulièrement utile lors de la planification d'interventions chirurgicales sur les petits corps des enfants et des nourrissons, explique Malara. « De nombreux hôpitaux pour enfants utilisent l'impression 3D car l'ampleur et les problèmes liés aux nouveau-nés sont souvent très complexes et uniques. »
Le potentiel futur de l’impression 3D dans le secteur de la santé
Nouveaux produits, nouveaux matériaux : Pour l’instant, la plupart des implants imprimés en 3D sont en métal. Dans le futur, l’impression 3D pourrait permettre la création d’implants avec des polymères hautes performances. Les établissements de santé pourront tirer parti de l’impression 3D pour prototyper et fabriquer rapidement ces produits, évitant ainsi les outils plus coûteux du moulage par injection. « L’impression 3D est idéale pour le prototypage rapide. Vous pouvez suivre un processus de conception itératif plus rapidement et à moindre coût », explique Malara.
Produits biodégradables : Les innovateurs médicaux ont travaillé sur des produits médicaux imprimés en 3D qui peuvent se dissoudre dans le corps une fois qu'ils ont rempli leur fonction. Les stents imprimés en 3D, par exemple, peuvent disparaître progressivement avec le temps, sans qu’il soit nécessaire de les retirer chirurgicalement. Cela sera particulièrement utile dans les soins pédiatriques, dit DeSimone.
Bio-impression : La bio-impression utilise la technologie d’impression 3D pour fabriquer des parties de corps artificielles à partir de matériaux intégrant des cellules vivantes viables. Cela pourrait conduire à la production à la demande de tissus, d’os et d’organes vivants. Plutôt que de prélever une pièce de rechange ailleurs dans le corps, en utilisant des tissus cadavériques ou en utilisant des implants entièrement métalliques, les équipes chirurgicales du futur pourraient imprimer en 3D une pièce de rechange issue de l'ingénierie tissulaire.
Microaiguilles : L’impression 3D haute résolution peut créer des micro-aiguilles aux géométries complexes qui seraient autrement impossibles, permettant ainsi des vaccinations plus efficaces. Il a été démontré qu'une micro-aiguille imprimée en 3D développée par le groupe de recherche DeSimone à Stanford et l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill permet d'obtenir une réponse immunitaire 10 fois supérieure à celle des vaccins administrés dans le muscle du bras et 50 fois supérieure à celle des vaccins administrés sous la peau. .
Microfluidique : La microfluidique implique des dispositifs de taille micro sur lesquels de minuscules quantités de liquide s'écoulent à travers des canaux et des tunnels. Les chercheurs utilisent la microfluidique pour développer de nouveaux médicaments, par exemple ; la technologie est également utilisée à des fins diagnostiques, par exemple dans les kits de test à domicile pour le COVID-19. Mais de nombreuses applications microfluidiques avancées reposent sur des réactions chimiques à des températures spécifiques, nécessitant des matériaux et une fabrication coûteux. Récemment, une équipe du MIT a utilisé l’impression 3D pour créer des dispositifs microfluidiques dotés d’éléments chauffants intégrés sans avoir recours à un laboratoire coûteux.
« L'impression 3D est une intersection passionnante entre la science des matériaux, l'analyse informatique et la bio-ingénierie », explique DeSimone. À cette intersection, des chirurgiens, des scientifiques et des ingénieurs avant-gardistes continueront d’explorer le vaste potentiel de la technologie.
