Une bio-imprimante 3D imprime des tissus in situ

La bio-impression est l'utilisation de techniques d'impression 3D pour fabriquer des tissus à partir de biomatériaux. Il est principalement utilisé pour créer des tissus humains destinés à la recherche et aux tests de médicaments in vitro. Lorsqu’elle est utilisée pour créer une partie du corps destinée à être implantée chez un patient, la partie doit d’abord être imprimée avec une bio-imprimante de bureau, puis une grande intervention chirurgicale en champ ouvert est généralement nécessaire pour la placer. Outre le risque d'infection et le long temps de récupération, une inadéquation entre la pièce imprimée et le tissu cible interne auquel elle est attachée est possible, tout comme des problèmes liés à la contamination et à la manipulation.

Pour surmonter ces défis, des chercheurs de l'Université de Nouvelle-Galles du Sud à Sydney, en Australie, ont développé un bras robotique souple miniature et une tête d'impression flexible, et les ont intégrés dans un long cathéter tubulaire qui constitue le corps flexible de l'imprimante. Le bras et la tête d'impression ont trois degrés de liberté (DoF).

"Notre bio-imprimante 3D flexible, désignée F3DB, peut directement administrer des biomatériaux sur les tissus ou organes cibles avec une approche mini-invasive", explique Thanh Nho Do, maître de conférences à l'École supérieure de génie biomédical de l'UNSW, qui, avec son doctorat. L'étudiant Mai Thanh Thai a dirigé l'équipe de recherche.

Non seulement le F3DB a le potentiel de reconstruire directement les parties endommagées du corps, mais il « peut également être utilisé comme un outil chirurgical endoscopique tout-en-un, la buse jouant le rôle d'un couteau chirurgical », ajoute Do. "Cela éviterait de devoir utiliser différents outils pour le nettoyage, le marquage et l'incision, désormais utilisés dans des procédures plus longues, telles que l'ablation d'une tumeur."

Le prototype de bio-imprimante 3D flexible peut également servir d’outil chirurgical endoscopique polyvalent. Source : UNSW Sydneyyoutu.be

Bien que la bio-impression in situ ait été étudiée au cours de la dernière décennie, « la bio-impression sur les organes internes a été limitée en raison de diverses difficultés », explique Ibrahim Ozbolat, professeur de sciences de l'ingénierie et de mécanique à la Pennyslvania State University, en commentant les détails de la recherche publiée dans le numéro de février. Science avancée. « Ce dispositif mobile de bio-impression endoscopique tout-en-un est nouveau », dit-il, et pourrait « faire progresser les techniques existantes en permettant des observations, des incisions et une bio-impression en temps réel sur les organes internes ».

L'appareil a un diamètre similaire à celui d'un endoscope (environ 11 à 13 millimètres), suffisamment petit pour être inséré dans le corps par la bouche ou l'anus. Le bras robotique souple est actionné par trois actionneurs à soufflet en tissu souple régulés par un système hydraulique composé de seringues entraînées par un moteur à courant continu qui pompent de l'eau vers les actionneurs. Une tête d'impression flexible, composée de muscles artificiels hydrauliques souples, permet à la buse d'impression de se déplacer dans trois directions, comme celle d'une imprimante 3D de bureau classique. Le contrôle global s'effectue par une configuration maître-esclave qui utilise un système haptique commercial pour transmettre les mouvements des mains du maître.

Une fois la cible atteinte, le bras et la tête d'impression sont contrôlés par un algorithme automatisé basé sur la cinématique inverse, un processus mathématique qui détermine les mouvements nécessaires pour délivrer les biomatériaux à la surface d'un organe ou d'un tissu interne. L'impression est surveillée par une caméra miniature flexible connectée.

Pour tester l’appareil, les chercheurs ont d’abord utilisé divers matériaux non biologiques tels que le silicone liquide et le chocolat pour imprimer différents motifs 3D multicouches en laboratoire. Dans d'autres expériences, ils ont imprimé diverses formes avec des matériaux non vivants sur la surface d'un rein de porc. Plus tard, les chercheurs ont imprimé des biomatériaux vivants in situ sur une surface de verre à l’intérieur d’un côlon artificiel.

"Nous avons vu les cellules croître chaque jour et quadrupler le septième jour, le dernier jour de l'expérience", explique Do.

Pour tester l'appareil en tant qu'outil polyvalent pour la chirurgie endoscopique, les chercheurs ont effectué diverses fonctions telles que le lavage, le marquage et la dissection de l'intestin d'un porc. « Les résultats montrent que le F3DB a un fort potentiel pour devenir un outil endoscopique tout-en-un pour les procédures de dissection endoscopique sous-muqueuse », explique Do.