Tumeurs cancéreuses, des infections ou de mauvaises fractures peuvent nécessiter l'ablation chirurgicale des os et la pose d'implants à leur place. En collaboration avec des partenaires européens, Les chercheurs de Fraunhofer ont maintenant développé une technique avec laquelle les implants osseux qui s'ajustent avec précision, des dimensions stables et variables peuvent être imprimées en 3D à partir d'un plastique spécial. Le secret réside dans le processus d'impression, où les couches individuelles sont traitées avec un plasma froid afin d'améliorer la liaison des cellules formant l'os.

Alors que les traitements de surface conventionnels utilisant des techniques à basse pression ou à pression atmosphérique ont une pénétration limitée à l'intérieur des implants osseux, la nouvelle méthode permet d'appliquer un revêtement favorisant la croissance cellulaire également à l'intérieur des implants. À cette fin, l'équipe de chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour l'ingénierie des surfaces et les couches minces IST utilise un jet de plasma. Le dispositif souffle un jet froid de plasma contenant des groupes réactifs directement sur les couches imprimées. Les groupes amino se lient à la surface et garantissent que les cellules osseuses trouvent un substrat pratique auquel elles adhèrent facilement. Une caractéristique unique de la technique est que les processus d'impression 3D et de revêtement vont de pair et sont combinés dans un seul appareil. Parce qu'aucun prétraitement chimique avec des solvants n'est requis pour le revêtement, ce n'est pas seulement rentable, mais respectueux de l'environnement aussi.

L'échafaudage autour duquel l'implant est construit est fabriqué à partir d'un copolymère spécial qui est modelé sur l'os naturel. La technique d'impression 3-D permet très individuelle, conception et stabilité parfaitement ajustées. "Notre objectif est que les cellules osseuses se développent le plus rapidement possible dans la structure synthétique et remplacent enfin l'implant qui est progressivement décomposé par les propres enzymes du corps, " explique le Dr Jochen Borris, qui dirige la division Sciences de la vie et écologie de Fraunhofer IST.

Variable grâce à des charges sophistiquées

La stabilité mécanique de l'implant peut être contrôlée non seulement via la densité de la structure d'échafaudage imprimée, mais aussi via des charges spéciales qui sont ajoutées au copolymère :plus la concentration en charge est élevée, plus la stabilité est grande. "Ce développement par nos partenaires de projet de l'Université de Maastricht permet de faire varier individuellement la stabilité à l'intérieur de l'implant. Comme les os naturels, les implants peuvent maintenant avoir des zones avec des résistances différentes, " dit le Dr Thomas Neubert, responsable du projet UE chez Fraunhofer IST.

De plus, des ingrédients médicamenteux actifs tels que des antibiotiques peuvent être incorporés dans la charge pour réduire le risque d'infection.

L'équipe du projet a franchi avec succès les étapes du projet à ce jour ; maintenant, il envisage de modifier la technique et de l'amener à maturité d'application. Maintenant, le dispositif expérimental est encore à l'échelle du laboratoire.

« Nous travaillons actuellement à simplifier le processus et à le rendre plus stable. Pour pouvoir poursuivre le développement et mener des études cliniques, nous sommes à la recherche de partenaires industriels, " dit Borris. La technique innovante offre un grand potentiel pour adapter très précisément les implants osseux aux besoins individuels des patients. "Avec notre méthode, nous sommes capables de contrôler la forme, porosité, la stabilité mécanique et les caractéristiques biomécaniques et les faire varier au sein des implants. Cela signifie que nous pouvons produire des zones avec des résistances ou des porosités différentes, qui peut également être revêtu de divers groupes fonctionnels. » À l'avenir, les médecins pourraient être en mesure de formuler les besoins de chaque patient sur la base d'images numérisées et d'envoyer les données aux imprimeries médicales, où les implants parfaitement ajustés seraient ensuite imprimés.