Les chercheurs de la chaire Digital Additive Production (DAP) de l’université RWTH d’Aix-la-Chapelle, en collaboration avec l’alliance reACT, développent des implants biorésorbables conçus pour répondre aux besoins de chaque patient.
Cette initiative est soutenue par le ministère fédéral allemand de l’Éducation et de la Recherche (BMBF) dans le cadre du programme « RUBIN – Regional Entrepreneurial Alliances for Innovation » (Alliances régionales entrepreneuriales pour l’innovation).
Lorsque des lésions osseuses graves résultent de blessures, de malformations congénitales ou de l’ablation d’une tumeur, les procédures de reconstruction nécessitent souvent des implants pour restaurer la fonction. Les implants métalliques conventionnels, tels que ceux en titane, fournissent un soutien structurel, mais peuvent entraîner des complications telles que le stress shielding, où l’os environnant s’affaiblit avec le temps.
De plus, les interventions chirurgicales de suivi nécessaires pour les retirer allongent le temps de récupération et augmentent les coûts médicaux. Par conséquent, le projet se concentre sur le traitement des défauts osseux critiques en concevant des implants qui se dissolvent progressivement dans le corps, réduisant ainsi le besoin d’interventions chirurgicales de suivi et relevant les défis associés aux implants métalliques permanents.
Meotec, Medical Magnesium, Fibrothelium, l’hôpital universitaire d’Aix-la-Chapelle et l’Institut Fraunhofer pour la technologie laser (ILT) ont également contribué au projet.
Fabrication réussie d’un démonstrateur pour le traitement d’une lésion osseuse tubulaire critique. Image via RWTH Aachen.
Ajustement optimisé de l’implant grâce à une conception automatisée
Un élément clé de cette approche est un configurateur de conception, un outil automatisé qui génère des modèles d’implants à partir de données d’imagerie médicale. Il prend en compte des facteurs tels que la forme de la lésion, l’âge du patient et la densité osseuse afin de créer une conception personnalisée adaptée à l’impression 3D à l’aide de la technologie PBF-LB (Powder Bed Laser Beam).
Une fois la forme de l’implant déterminée, sa structure interne est ajustée afin de favoriser la repousse osseuse. La conception intègre des structures en treillis, des motifs géométriques fins et répétitifs, qui fournissent un soutien temporaire tout en permettant à l’implant de se dégrader de manière uniforme.
Dans le même temps, la structure en treillis est adaptée aux forces mécaniques agissant sur l’os, ce qui réduit les risques de complications telles que les refractures.
Le choix du bon matériau est également essentiel. Le zinc et le magnésium ont des propriétés qui en font des choix prometteurs pour les implants biorésorbables, mais chacun présente des défis. Le zinc se dégrade à un rythme contrôlé, mais il ne possède pas la résistance nécessaire pour soutenir l’os.
D’autre part, le magnésium est suffisamment résistant, mais se dégrade trop rapidement dans certaines conditions, provoquant parfois la formation de gaz dans les tissus environnants. En testant différentes compositions d’alliages, l’équipe de recherche a identifié un mélange zinc-magnésium contenant jusqu’à 1 % de magnésium comme le meilleur candidat pour ces implants.
Prototype osseuse d’un implant imprimé en 3D
Un prototype d’implant a déjà été produit, spécialement conçu pour correspondre à la défectuosité osseuse longue d’un patient. L’implant a été imprimé en 3D avec une structure cylindrique, et ses caractéristiques internes en treillis ont été automatiquement ajustées en fonction des besoins spécifiques du patient.
Selon les chercheurs, ces éléments de conception peuvent être affinés, notamment la taille et la disposition du treillis, afin d’optimiser l’interaction de l’implant avec l’os environnant.
Bien que ce projet se concentre actuellement sur les défauts osseux longs, cette approche pourrait également être appliquée à d’autres domaines de la médecine, tels que les implants vertébraux ou les procédures de reconstruction du visage et de la mâchoire.
Génération osseuse avancée grâce à des implants imprimés en 3D
Les implants osseux ont beaucoup évolué depuis l’intégration de l’impression 3D dans leur développement. Cela a permis de créer des modèles spécifiques à chaque patient qui favorisent la régénération osseuse naturelle, éliminent les interventions chirurgicales de retrait, réduisent les complications, diminuent les coûts de santé et intègrent des matériaux biocompatibles qui se dégradent en toute sécurité au fil du temps.
Une contribution notable a été apportée par le développeur d’implants imprimés en 3D Osteopore, qui s’est associé au Centre médical universitaire de Maastricht (UMC+) pour mettre au point un implant osseux biorésorbable imprimé en 3D destiné à prévenir les amputations de la jambe. L’implant, une structure en cage personnalisée, a été créé à l’aide de la technologie d’impression 3D exclusive d’Osteopore et personnalisé sur la base de scans CT.
Fabriqué à partir de polycaprolactone (PCL) approuvé par la FDA, il imite les propriétés mécaniques de l’os trabéculaire et se dégrade progressivement en eau et en dioxyde de carbone. Conçu pour favoriser la repousse osseuse, l’implant a été implanté avec succès chez son premier patient aux Pays-Bas, avec des résultats préliminaires prometteurs.
Par ailleurs, des chercheurs de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud (UNSW) ont présenté une méthode d’impression 3D de structures osseuses contenant des cellules vivantes, qui pourrait être appliquée à l’ingénierie tissulaire osseuse, à l’étude des maladies et aux tests de médicaments.
Le professeur associé Kristopher Kilian, en collaboration avec le Dr Iman Roohani de la faculté de chimie de l’UNSW, a mis au point une technique qui permet d’imprimer directement une encre à base de céramique sur les zones endommagées, ce qui pourrait favoriser la reconstruction du cartilage et des os. L’approche
Olive Angelini a couvert l’informatique, la CAO et le BIM pour les magazines Building Design + Construction, Structural Engineer et CE News. Il a remporté six prix de l’American Society of Business Publications Editors et a fait partie de l’équipe de reportage du prix Jesse H. Neal 2012 pour la meilleure série d’histoires liées à un sujet.