Les technologies d'impression 3D repoussent les limites de ce qui n'était autrefois considéré que possible dans les romans de science-fiction. Les progrès réalisés par les ingénieurs du monde entier contribuent à une pléthore d'innovations qui ont un impact majeur sur la pratique médicale conventionnelle. Les chercheurs en médecine ont pu développer des solutions sous la forme de prothèses et de modèles préopératoires spécifiques au patient, de semelles et orthèses correctrices sur mesure, de nouveaux dispositifs et instruments médicaux, ainsi que de la bio-impression 3D et de l'ingénierie tissulaire. Dans cet article, nous présenterons un bref aperçu de certaines des dernières technologies et méthodes d'impression 3D qui inspirent la recherche médicale.
Planification préopératoire, prothèses et implants
La capacité de prototypage rapide de l'impression 3D offre à la communauté médicale un moyen rapide et rentable de fournir des interventions et des solutions médicales qui changent la vie des patients. Pour les personnes qui ont besoin d'une prothèse ou d'implants tels qu'un os bionique de main ou de jambe, l'impression 3D offre un moyen fonctionnel et abordable de générer des pièces adaptées au patient. La technologie offre une liberté de conception totale et des délais d'exécution rapides.
En utilisant des images haute résolution, l'impression 3D est capable de générer des modèles précis de l'anatomie humaine. Les données d'image peuvent être exportées sous un format de fichier médical commun, DICOM (imagerie numérique et communication en médecine), qui peuvent ensuite être converties en un fichier au format stéréolithographique (STL). À partir de ce fichier, un modèle virtuel 3D peut être créé. Pour la chirurgie orthopédique, des implants peuvent être fabriqués à partir de ces modèles pour remplacer les os fracturés. En outre, des modèles virtuels ou physiques peuvent être utilisés par les chirurgiens dans la planification préopératoire et pour enseigner aux patients, atténuant leur stress et leur anxiété en expliquant ce qu'une procédure impliquerait.
Génération de tissus biologiques
Au début du mois de juin de cette année, des scientifiques de l'Université du Colorado (UC) de Denver et de l'Université des sciences et technologies de Chine ont été les premiers à utiliser un nouveau matériau pour imprimer en 3D des structures qui pourraient imiter le cartilage. Le remplacement du cartilage a été jusqu'à présent un obstacle notoirement difficile à franchir pour les scientifiques et les professionnels de la santé. UC Denver
En plus d'utiliser ce matériau révolutionnaire pour le remplacement du cartilage, Yakacki pense également que l'élastomère à cristaux liquides (LCE) pourrait être utilisé dans la création d'un prototype de cage vertébrale. La conception de structures complexes comme LCE
Bioinks
Un domaine particulier qui suscite l'intérêt des chercheurs et des cliniciens est la conception de greffes osseuses spécifiques aux patients. Professeur associé au Département de génie biomédical du Texas A
Après la bio-impression, les réseaux NICE forment des liens croisés avec des cellules souches encapsulées pour créer des échafaudages plus solides. En l'espace de trois mois, les cellules commencent à produire une matrice extracellulaire de type cartilage qui se calcifie pour former de l'os minéralisé. L'équipe a utilisé la technologie de séquençage d'ARN de nouvelle génération pour établir le rôle des nanosilicates (un composant du bioink) dans l'induction de la formation de tissu osseux. Le Dr Gaharwar et son équipe ont démontré avec succès la capacité de NICE bioink à créer des cadres 3D implantables spécifiques au patient pour la réparation des défauts craniofaciaux.
Orthèses
La recherche médicale centrée sur la conception personnalisée d'orthèses porte toujours la stigmatisation d'un prix élevé et de l'inaccessibilité, ce qui peut être un élément dissuasif irritable pour les prestataires de soins de santé qui tentent de faire le mieux pour leurs patients et une perspective décourageante pour les patients respectivement. L'histoire révélatrice de Matej et de son fils Nik montre à quel point l'impression 3D peut être puissante pour faire progresser la recherche médicale et technique, une pratique médicale efficace et l'optimisation des soins aux patients.
L'une des dernières utilisations de l'impression 3D dans le monde des orthèses était la conception d'un collier cervical utilisant un nouveau flux de travail pour un patient souffrant d'un handicap neurologique sans autre moyen de thérapie. Dr Luke Hale et professeur agrégé Dr Deepak Kalaskar de l'UCL
À l'aide du scan, la conception de l'orthèse a été optimisée pour incorporer des modifications, y compris un motif poreux pour améliorer la ventilation. Cela réduit également le coût et le poids de l'orthèse finale. Quatre prototypes de collier cervical ont été réalisés pour répondre aux commentaires des patients et obtenir la conception la plus confortable. La recherche a validé l'utilisation de l'impression et de la numérisation 3D parallèlement à un flux de travail personnalisé pour des résultats cliniquement bénéfiques tout en permettant l'itération, la modification et l'amélioration de la conception.
Ce ne sont là que quelques-unes des dernières avancées de la recherche médicale qui se concrétisent avec la technologie révolutionnaire de l'impression 3D. L'impression 4D et l'utilisation de nouvelles bioinks pour la génération de tissus d'organes sont des perspectives de recherche plus fascinantes à espérer en 2020.
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