Vue panoramique d’une star de la santé digitale, l’impression 3D
Si l’impression 3D était déjà couramment pratiquée dans le domaine dentaire, elle est devenue l’une des stars du numérique pendant la crise du Covid-19. Quelles sont les applications possibles de l’impression 3D en santé ?
L’impression de type 3D permet de fabriquer un objet physique grâce à la projection de couches successives de matières premières, comme le plastique, la résine ou le métal, guidée par des plans 3D numériques ayant pour origine la conception assistée par ordinateur (CAO) ou, dans le domaine médical, l’IRM. Chaque couche de matière est appliquée à la précédente, jusqu’à ce que l’objet soit complet. Cette méthode de “fabrication additive” permet la production en série, sans usine, d’objets dont le nombre et le délai de fabrication dépendent de la qualité de l’imprimante et de la complexité de l’objet à fabriquer.
Si, en 1984, trois Français déposent le premier brevet de l’imprimante 3D, c’est Charles Hull qui, sur la base d’une technique différente brevetée deux semaines plus tard, fabrique la première imprimante 3D, en 1988 en Californie. Mais il faudra attendre 2010 pour que les imprimantes 3D produisent plus que des prototypes. L’arrivée d’imprimantes 3D open source et la mise à disposition de nouvelles matières synthétiques accélèrent le progrès ces dernières années. L’impression 3D a l’avantage de représenter un coût réduit pour la réalisation d’objets en petites séries et se prête à la fabrication sur mesure.
Parmi ses applications courantes en santé, l’impression 3D peut être utilisée pour produire des instruments chirurgicaux, des capteurs pour objets connectés médicaux et des produits pharmaceutiques ; elle peut réduire les coûts de fabrication d’un médicament, en diminuant la quantité d’excipients requis.
Les dispositifs susceptibles d’être personnalisés par l’impression 3D incluent les prothèses externes, dentaires, orthopédiques et des substituts osseux. Des publications médicales portent sur l’impression d’os, de ménisques, de valves cardiaques, d’oreilles, d’exosquelettes, de trachées, de mâchoires, de cellules souches, de vaisseaux, de tissus et d’organes, dont un foie1.
Face à la difficulté de trouver des donneurs d’organe compatibles, l’impression 3D apporte la possibilité d’imprimer du tissu, voire des organes, à partir des cellules du patient, l’approche d’impression couche par couche permettant de créer des structures sur mesure. Cette technique minimise le risque de rejet et le besoin de traitement immunosuppresseur.
L’imprimante fait appel à de la “bioencre” composée de gouttelettes de cellules et d’autres biomatériaux déposés sur un substrat2. Un organe créé à partir de cellules souches du patient pourrait également servir pour tester l’efficacité et la sécurité de nouvelles molécules pharmaceutiques3.
Des particuliers équipés d’imprimantes 3D, des “makers”, créent des communautés de volontaires pour produire des dispositifs médicaux open source. Le projet Open Hand, du réseau international le plus connu, e-Nable4, qui compte des bénévoles en France, réunit des makers qui produisent des prothèses de mains imprimées en 3D et les distribuent à titre gracieux.
La pandémie de Covid-19 a conduit à l’invention de nombreux produits devenus subitement essentiels : des visières de protection, des valves pour transformer des masques de plongée en accessoires de respiration artificielle, des poignées de porte sans contact pour l’hôpital.
De nombreuses initiatives bénévoles ont vu le jour. Un constructeur tchèque a publié en open source des plan 3D de visières reproductibles dans le monde entier. En une semaine, fin mars 2020, dans le cadre de l’opération “les Visières de l’espoir”5, organisée par la société 3D Natives, des imprimeurs 3D industriels et de grands groupes (Airbus, Armor, Michelin, Renault) ont rouvert des usines, travaillant gracieusement, afin de produire des visières, validées par la direction qualité d’un CHU avant d’être distribuées dans toute la France.
Parmi les initiatives en impression 3D de Michelin étaient proposés des masques réutilisables, équipés d’un filtre interchangeable. Michelin était également appelé à fabriquer en 3D le capteur de débit nécessaire aux respirateurs artificiels6.
Le site 3DCovid.org7 est présenté par l’AP-HP comme une “plateforme interne d'impression haut-débit pour répondre aux besoins sanitaires urgents des soignants”. Le 3 avril 2020 ont été livrées depuis l’Allemagne 60 imprimantes industrielles pour l’hôpital Cochin, offertes par le groupe français Kering, permettant un travail en continu, supervisé par des ingénieurs 24 h/24, 7 j/7, afin de produire des milliers de pièces, série par série8, dont des valves de respirateurs, des supports de lunettes de protection, des visières. Un prototype de respirateur artificiel d’urgence fabriqué par impression 3D a été testé début avril 2020 dans les hôpitaux Henri-Mondor, à Créteil, et de la Pitié-Salpêtrière, à Paris.
Le site Covid3D.fr9 a permis aux makers qui fabriquaient des visières de fournir ces protections aux soignants et à tous ceux qui travaillent au contact du public. Plus de 190 000 visières ont été distribuées grâce à 10 000 makers inscrits sur ce site, avant sa fermeture fin avril à la suite de la publication de contraintes d’évaluation qui dépassaient les moyens des particuliers.
Just One Giant Lab (JOGL), plateforme de recherche open source internationale créée par Thomas Landrain, le fondateur du premier laboratoire communautaire de France, la Paillasse, a hébergé OpenCovid-1910, réunissant plusieurs milliers de contributeurs dans le monde. Tous ont travaillé sur des solutions à faible coût, les meilleurs projets faisant l’objet de récompenses. JOGL, soutenu par le fonds Axa pour la recherche, est présenté comme “le premier laboratoire de recherche et d'innovation fonctionnant comme une plateforme de mobilisation massive, ouverte et distribuée pour la résolution collaborative de problématiques d'intérêt général”.
En conclusion, sept mois après avoir créé un centre d’impression 3D à l’AP-HP, la startup parisienne Bone3D déploie la fabrication additive au sein des hôpitaux de Strasbourg. Le dispositif servira à imprimer des pièces de rechange pour les lits, les respirateurs, les fauteuils roulants. Bone3D ambitionne également de construire des simulateurs d’organes pour préparer des opérations.
L’impression 3D à des fins médicales est bien un secteur en pleine expansion.
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1 Ventola CL. Medical applications for 3D printing: current and projected uses. P T 2014;39(10):704-11. https://www.fda.gov/medical-devices/products-and-medical-procedures/3d-printing-medical-devices
2 Ozbolat IT, Yu Y. Bioprinting toward organ fabrication: challenges and future trends. IEEE Trans Biomed Eng 2013;60(3):691-9.
3 Gross BC et al. Evaluation of 3D printing and its potential impact on biotechnology and the chemical sciences. Anal Chem 2014;86(7):3240-53.
4http://enablingthefuture.org/
5https://www.3dnatives.com/urgence-covid19/
8https://www.lefigaro.fr/a-paris-une-batterie-d-imprimantes-3d-pour-endiguer-le-coronavirus-20200403
10https://app.jogl.io/program/opencovid19
Auteur
Mme Denise SILBER
