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Bio-impression 3D : Modèles hautement réalistes de cœurs humains

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Une équipe de l'université Carnegie Mellon aux États-Unis a réussi à imprimer un modèle 3D d'un cœur humain qui ressemble et se sent comme un vrai tissu cardiaque, en utilisant un matériau dérivé d'algues.

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À court terme, la technique FRESH (Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels) vise à créer des répliques d'organes pour permettre aux chirurgiens cardiaques de visualiser et de planifier des procédures compliquées avec plus de précision que jamais auparavant. Adam W. Feinberg, professeur d'ingénierie biomédicale et de science et d'ingénierie des matériaux à l'université, a déclaré :

"Un jour, on espère qu'il pourra servir à créer des répliques de parties du corps pour la transplantation. Notre objectif à long terme est de pouvoir réaliser une bioimpression 3D FRAÎCHE d'un cœur pour la transplantation, mais cela prendra des décennies"

Il a ajouté :

"Nous espérons cependant pouvoir imprimer FRAÎCHEMENT des parties du cœur, telles que les valves et les sections du ventricule, beaucoup plus tôt et avoir ainsi un impact majeur en quelques années"

Tissus vivants

L'équipe travaille sur la bioimpression 3D depuis près de 10 ans maintenant, dans le but de pouvoir imprimer des tissus et des organes pour réparer le corps humain suite à une blessure ou une maladie. La technologie d'impression FRESH a été développée pour résoudre le problème de l'impression en 3D de matériaux et de cellules souples. A déclaré le professeur Feinberg :

"Au cours des cinq dernières années, les hôpitaux ont considérablement développé leur utilisation de modèles d'organes imprimés en 3D pour l'éducation des patients, la formation chirurgicale et la planification des interventions. Nous avons réalisé il y a environ deux ans que notre technologie pourrait avoir un impact beaucoup plus immédiat en créant des modèles de tissus et d'organes ressemblant à la vie, qui amélioreraient le réalisme par rapport à ces modèles en plastique rigide"

En 2018, l'équipe a commencé à travailler sur l'impression d'un cœur grandeur nature. Il a expliqué :

"Cela a nécessité la construction de nouvelles bioimprimeurs 3D, car il s'agit probablement du plus grand échafaudage d'hydrogel bioimprimé jamais créé, et il a fallu un plus grand volume de construction et beaucoup de bioencre. L'alginate que nous utilisons est un hydrogel qui est largement utilisé dans les domaines des biomatériaux et de l'ingénierie tissulaire. C'est un excellent matériau pour la création de modèles car il est relativement peu coûteux pour une bio-encre mais possède des propriétés mécaniques similaires à celles des tissus"

Au-delà du cœur

Tous les modèles chirurgicaux ont l'avantage d'aider à visualiser et à planifier l'opération. Ils ont également l'avantage de pouvoir être coupés et suturés comme de vrais tissus. L'équipe peut actuellement faire un modèle de tout ce pour quoi elle dispose d'un fichier 3D, y compris les cœurs de bébés. A déclaré le professeur Feinberg :

"Actuellement, nous utilisons des images IRM du cœur humain, et nous pouvons également utiliser des images IRM de patients pédiatriques. Nous travaillons actuellement avec des chirurgiens sur nos modèles et nous utiliserons ce retour d'information pour les améliorer. La prochaine étape de développement consiste à travailler avec les chirurgiens pour améliorer la sensation et les performances du modèle, et pour étendre les applications aux tissus et organes au-delà du cœur"

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