Conception de bijoux, d’armes, de chocolat: l’impression 3D ne cesse de surprendre tant les possibilités qu’offre cette nouvelle technologie sont vastes. Depuis peu, les laboratoires de recherche biomédicale s’équipent, eux aussi, de ces imprimantes nouveau genre.
Le bras mécanique de l’imprimante 3D s’agite. À chaque impulsion, de minuscules gouttes de résine ou de cellules souches se déposent, couche par couche, sur une surface de verre ou de collagène. Fabrication sur-mesure de prothèses, de peau, voire d’organes: les espoirs en termes d’avancées médicales sont immenses. Les questions d’éthique et de sécurité que soulève la manipulation du vivant le sont tout autant.
En 2006, Renzo Cecere, chirurgien cardiaque au Centre universitaire de santé McGill (CUSM), réalisait une première canadienne: transplanter un cœur artificiel dans le corps d’un patient. Il y a deux ans, le directeur du service de chirurgie, d’insuffisance et de transplantation cardiaque a franchi un autre cap dans l’innovation. Il a demandé que son laboratoire de recherche soit équipé d’une imprimante 3D. L’imposante machine, qui représente un investissement de 200 000 $, est aujourd’hui au cœur de ses recherches.
«L’impression en trois dimensions constitue un immense pas en avant. Les exemples d’applications médicales sont presque infinies», estime le chirurgien. Il mène actuellement une étude portant sur les valves cardiaques. Si une valve est trop endommagée, l’une des solutions consiste à la remplacer par une valve mécanique. Seul hic, le processus traditionnel de fabrication en usine est long et très coûteux. Les valves fabriquées ne sont, de surcroît, jamais parfaitement adaptées au cœur du patient. «L’impression 3D permet de créer, à partir de fichiers numériques contenant les mesures exactes du cœur, des prototypes de résine. L’impression prend seulement de quelques minutes à quelques heures et nous pouvons imprimer autant de prototypes que nous le souhaitons», explique Renzo Cecere. Une fois la forme optimale trouvée, une version finale en titane, faite sur mesure pour le cœur du patient, pourra être fabriquée. Les recherches du chirurgien cardiaque montréalais sont pour l’instant au stade expérimental, mais pourraient être approuvées d’ici trois ans, puis cliniquement appliquées.
Quand il ne travaille pas sur des prototypes de résine, le docteur Cecere tente d’imprimer en trois dimensions des tissus cardiaques. Il espère ainsi pouvoir réparer le cœur d’une personne victime d’un infarctus à partir de ses propres tissus. Appelée bioimpression, cette technologie est au cœur des activités de recherche de plusieurs laboratoires à travers le monde.
«On va pouvoir concevoir des tissus à la demande, avec une forme et une architecture adaptées au patient. De plus, les constituantes utilisées seront ses propres cellules. Ce sera donc complètement personnalisé», explique Fabien Guillemot, chercheur en bioingénérie tissulaire à l’Institut national de la santé et de la recherche médicale (INSERM), en France. Avec son équipe, il a fabriqué un prototype d’imprimante qui projette sur une surface de collagène des gouttes «d’encre». Celles-ci sont en fait un mélange de cellules souches et de culture permettant de nourrir les cellules. Il a déjà réussi à implanter sur le crâne de souris des structures de tissus en 3D afin d’étudier la réparation osseuse. Les résultats sont encourageants. «On pourra bientôt reconstituer des tissus simples comme de la peau, du cartilage et des cornées», estime le chercheur. Déjà, l’industrie pharmaceutique et cosmétique se montre intéressée par les tissus imprimés qu’elle pourra utiliser pour tester de nouveaux médicaments. «Cela permettra de réduire l’expérimentation sur les animaux», soutient Fabien Guillemot qui lancera en 2014 une petite entreprise spécialisée dans la bioimpression.
Les premières applications cliniques, telles que la greffe de peau ou de cornée, pourraient, quant à elles, voir le jour au cours de la prochaine décennie. Implanter au patient des tissus fabriqués à partir de ses propres cellules permettrait non seulement de pallier au manque de donateurs, mais aussi de réduire à néant les risques de rejet du greffon.
Fabriquer des «supers humains»
Il faudra, d’ici là, passer par toutes les étapes de validation clinique permettant d’assurer la fiabilité et l’innocuité de cette méthode de fabrication du vivant. Les chercheurs doivent de surcroît composer avec le fait que plusieurs éléments sont encore mal compris par la science. «Il va falloir beaucoup de recherches avant de comprendre et de pouvoir contrôler parfaitement la reproduction cellulaire, croit Renzo Cecere. Si on trouve une méthode pour que les cellules se reproduisent, il faut aussi savoir comment les arrêter, sinon on pourrait provoquer une reproduction incontrôlée et créer des tumeurs.»
Alors que certains chercheurs parlent déjà de possibles greffes d’organes imprimés tels que le foie, le cœur ou le rein, pour Fabien Guillemot, nous en sommes encore très loin. «On travaille sur des projets dont ne connaîtra sans doute pas la fin. D’autres générations s’en chargeront. Je ne suis pas sûr que, d’ici 30 ans, on puisse imprimer des organes complexes, nos connaissances en matière de vascularisation sont encore trop limitées», fait-il savoir.
[one_half last=”no”][toggle title=”Des vies sauvées par l’impression 3D”]L’impression 3D est déjà utilisée par des médecins et a permis d’améliorer voire de sauver la vie de certains patients. Un bébé américain, né avec de sévères problèmes respiratoires, s’est fait poser, en 2013, une prothèse trachéale en polymère biodégradable conçue sur mesure grâce à l’impression 3D. D’autres patients à travers le monde ont pu bénéficier de mains articulées ou d’exosquelettes. Au Québec, plusieurs dentistes utilisent également cette méthode afin d’imprimer des prothèses dentaires.
Crédit: University of Michigan[/toggle][/one_half]À ces questions de faisabilité s’ajoutent celles de la dimension éthique de la fabrication du vivant. «La réparation tissulaire pourrait être utilisée pour augmenter les performances humaines ou l’espérance de vie. C’est vrai qu’il y a un côté inquiétant», admet le bioingénieur français. «On pourra peut-être créer un “super humain” ou offrir un nouveau cœur à des patients centenaires», renchérit Renzo Cecere. Pour les deux chercheurs, il est toutefois un peu tôt pour s’inquiéter et entamer le débat. «Ces questions surgiront quand nous aurons démontré le potentiel de nos recherches, conclut le docteur Cecere. Se poser ces questions maintenant, c’est risquer de ralentir la recherche.»
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