Qu'est-ce qu'une imprimante 3D ne peut pas construire? Le nombre de réponses possibles à cette question a diminué de manière exponentielle au cours des dernières années, car les machines de haute technologie continuent de produire des objets solides, objet après objet, à partir de conceptions informatiques.
Ces derniers mois, à eux seuls, d'innombrables nouveaux produits et prototypes ont été développés dans un large éventail de secteurs allant des crampons de football aux stylos de football en passant par les pièces de fusée en acier et les fusils. Le mois dernier, la technologie a permis de remplacer 75% du crâne d'une personne et cette semaine, elle a restauré le visage d'un homme qui en avait perdu la moitié il y a quatre ans.
Aujourd'hui, une nouvelle étude suggère que les matériaux imprimés en 3D pourraient un jour imiter le comportement des cellules dans les tissus humains. L’étudiant diplômé Gabriel Villar et ses collègues de l’Université d’Oxford ont développé de minuscules solides qui se comportent comme des tissus biologiques. Le matériau délicat ressemble physiquement au cerveau et aux tissus adipeux et a la consistance du caoutchouc mou.
Pour créer ce matériau, une machine d'impression 3D spécialement conçue a suivi un diagramme programmé par ordinateur et a éjecté des dizaines de milliers de gouttelettes individuelles selon un réseau tridimensionnel spécifié. Comme on le voit dans la vidéo ci-dessus, ses buses se sont déplacées selon différents angles pour établir la position de chaque petit cordon. Chaque gouttelette pèse environ un picolitre - un billion de litre - est une unité utilisée pour mesurer la taille des gouttelettes des imprimantes à jet d'encre, dont la technologie de buse fonctionne de la même manière pour consolider de minuscules points de liquide en images complètes et en mots sur papier.
Les gouttelettes de liquide contenaient des substances biochimiques trouvées dans les cellules des tissus. Enrobé de lipides - graisses et huiles - les minuscules compartiments aqueux se sont collés ensemble, formant une forme cohérente et autoportante, chaque perle étant divisée par une mince membrane unique ressemblant aux bicouches lipidiques qui protègent nos cellules.
Plusieurs réseaux de gouttelettes imprimées en 3D. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Gabriel Villar, Alexander D. Graham et Hagan Bayley (Université d'Oxford)
Les formes que les gouttelettes imprimées ont formées sont restées stables pendant plusieurs semaines. Si les chercheurs secouaient légèrement le matériau, les gouttelettes pourraient se déplacer, mais seulement temporairement. Les tissus modifiés ont rapidement retrouvé leur forme d'origine, un niveau d'élasticité que les chercheurs disent comparable aux cellules des tissus mous chez l'homme. Le réseau complexe des bicouches lipidiques d'un réseau semble maintenir les «cellules» ensemble.
Dans certains réseaux de gouttelettes, l’imprimante 3D a construit des pores dans la membrane lipidique. Les trous imitaient les canaux protéiques à l'intérieur des barrières protégeant les cellules réelles, filtrant les molécules importantes pour le fonctionnement des cellules. Les chercheurs ont injecté dans les pores un type de molécule important pour la communication de cellule à cellule, une molécule transmettant des signaux à de nombreuses cellules afin qu'elles fonctionnent ensemble en groupe. Bien que le matériel imprimé en 3D ne puisse pas reproduire exactement la façon dont les cellules propagent les signaux, les chercheurs expliquent que le mouvement de la molécule par des voies définies ressemblait à la communication électrique des neurones dans le tissu cérébral.
L'eau pénétrait facilement les membranes du réseau, même lorsque les pores n'étaient pas intégrés à sa structure. Les gouttelettes gonflaient et rétrécissaient sous l'effet de l'osmose, cherchant à établir un équilibre entre la quantité d'eau qu'elles contenaient et la quantité qui les entourait à l'extérieur. Le mouvement de l'eau était suffisant pour soulever les gouttelettes contre la gravité, les tirer et les plier, imitant une activité semblable à celle du muscle dans les tissus humains.
Les chercheurs espèrent que ces réseaux de gouttelettes pourraient être programmés pour libérer des médicaments suite à un signal physiologique. Les cellules imprimées pourraient également un jour être intégrées dans des tissus endommagés ou défaillants, offrant ainsi un échafaudage supplémentaire ou même le remplacement de cellules défectueuses. peut-être même supplanter une partie des 1, 5 million de greffes de tissus qui ont lieu chaque année aux États-Unis. Le potentiel semble le plus grand en matière de greffe de tissu cérébral, car les ingénieurs médicaux tentent actuellement de faire pousser des cellules cérébrales en laboratoire pour traiter des maladies évolutives comme la maladie de Huntington, qui détruit lentement les cellules nerveuses.
Qu'il s'agisse de la croissance de tissus humains ou de l'oreille entière, la technologie d'impression 3D bat son plein dans le domaine de la médecine et d'innombrables chercheurs vont sans aucun doute suivre le mouvement dans les années à venir.
