Envie de pratiquer la chirurgie ? Voici un cœur humain imprimé en 3D à grande échelle
Une nouvelle méthode d’impression d’hydrogels créée par les chercheurs de Carnegie Mellon permet de fabriquer un modèle grandeur nature d’organes à usage hospitalier.
Les chercheurs ont fait une percée significative dans la façon dont les chirurgiens et les médecins peuvent pratiquer pour les chirurgies cardiaques et étudier d’autres conditions en réalisant le premier biomodèle imprimé en 3D grandeur nature du cœur humain.
Une équipe de l’Université Carnegie Mellon dirigée par Adam Feinberg, professeur aux départements de génie biomédical et de science et génie des matériaux, a développé le modèle en utilisant technique personnalisée de son équipe d’incorporation réversible d’hydrogels en suspension (FRESH) de forme libre.
Le premier modèle grandeur nature bio-imprimé en 3D d’un cœur humain a été réalisé par des chercheurs de l’Université Carnegie Mellon.
Le modèle, créé à partir de données IRM à l’aide d’une imprimante 3D spécialement conçue, est l’aboutissement de deux ans de travail de l’équipe pour créer un nouvel outil que les chirurgiens peuvent utiliser lors de la préparation des chirurgies cardiaques, a-t-il déclaré.
« Nous pouvons maintenant construire un modèle qui permet non seulement une planification visuelle, mais aussi une pratique physique », a déclaré Feinberg dans un communiqué de presse. « Le chirurgien peut le manipuler et le faire réagir comme un vrai tissu de sorte que lorsqu’il entre sur le site d’opération, il dispose d’une couche supplémentaire de pratique réaliste dans ce cadre. »
En effet, le modèle imite la texture, y compris l’élasticité, du tissu cardiaque humain réel, offrant une toile réaliste sur laquelle les chirurgiens peuvent perfectionner leurs compétences, a-t-il déclaré. En plus de ses avantages cliniques, le modèle a également le potentiel à long terme d’influencer les futures recherches sur la bio-ingénierie des organes.
Nouvelle plate-forme
Feinberg et son équipe ont développé FRESH pour fabriquer des polymères souples imprimés en 3D, qui ont toujours été difficiles à imprimer car ils n’ont pas la rigidité nécessaire pour rester sans support dans un processus de fabrication additive typique.
Pour remédier à ce scénario, l’impression 3D FRESH utilise une aiguille pour injecter de la bio-encre dans un bain d’hydrogel doux, soutenant l’objet pendant qu’il imprime. Une fois l’impression terminée, le processus applique de la chaleur pour faire fondre l’hydrogel, ne laissant derrière lui que l’objet bio-imprimé en 3D.
Une fois que FRESH a fait ses preuves en tant que plate-forme d’impression, les chercheurs se sont tournés vers l’impression d’un cœur humain à grande échelle. Cela a nécessité que l’équipe construise une nouvelle imprimante 3D sur mesure pour contenir un bain de support de gel suffisamment grand pour imprimer à la bonne échelle, ont déclaré les chercheurs. Ils ont également affiné le logiciel de la plate-forme pour maintenir la vitesse et la qualité de l’impression.
Le modèle résultant est composé d’un polymère doux et naturel appelé alginate, qui donne au cœur bio-imprimé des caractéristiques similaires à celles du tissu cardiaque. Pour les chirurgiens, cela signifie qu’ils peuvent couper, suturer et manipuler le modèle de manière similaire à un vrai cœur, a déclaré Feinberg.
Modèle de coeur réaliste
En effet, alors que les grands hôpitaux disposent déjà d’installations pour imprimer en 3D des modèles d’organes humains et d’autres parties du corps, ils ne sont généralement modélisés qu’en plastique dur ou en caoutchouc, ce qui ne permet pas aux chirurgiens ou aux patients d’avoir la même expérience en imitant une procédure, les chercheurs c’est noté.
Les chercheurs ont publié un article sur leurs travaux dans la revue ACS Science et ingénierie des biomatériaux.
La prochaine étape pour l’équipe de Feinberg est, pour commencer, que les chirurgiens et les cliniciens s’assurent que la technique et les modèles qui peuvent être développés à partir de celle-ci sont prêts pour des scénarios hospitaliers réels.
Les chercheurs espèrent également que leurs travaux pourront éclairer la future bioimpression sur la voie de la fabrication d’un organe humain fonctionnel en utilisant ce type de processus ou un type similaire, a déclaré Eman Mirdamadi, l’un des chercheurs de l’équipe et auteur principal de l’article.
« Bien qu’il existe encore des obstacles majeurs dans la bio-impression d’un cœur humain fonctionnel de taille normale, nous sommes fiers d’aider à établir ses bases en utilisant la plate-forme FRESH tout en montrant des applications immédiates pour une simulation chirurgicale réaliste », a-t-il déclaré dans un communiqué de presse.
