Des chercheurs de l'ETH ont produit un gel à partir de fibres de cellulose et de nanoparticules biodégradables qui se liquéfie lorsqu'il est pressé à travers la buse d'une imprimante 3D, mais revient ensuite rapidement à sa forme initiale. Leur invention ouvre la voie à des implants biomatériaux personnalisés.

De la même manière que la médecine a connu une tendance vers la médecine de précision - où le traitement est adapté à la constitution génétique du patient - ces dernières années, les scientifiques des matériaux portent de plus en plus leur attention sur les biomatériaux de précision. En l'état, cependant, les implants personnalisés sont encore loin. "Mais en ce moment, nous faisons de grands progrès vers cet objectif et apprenons beaucoup dans le processus, " dit Mark Tibbitt, Professeur d'ingénierie macromoléculaire au département d'ingénierie mécanique et des procédés de l'ETH Zurich.

Le problème du dentifrice

Précédemment, les chercheurs travaillant dans le domaine des biomatériaux de précision ont été freinés par le fait qu'ils devaient développer de nouvelles encres [A1] pour l'imprimante 3D pour chaque application. "Si quelqu'un voulait reproduire une partie d'un œil, par exemple, ils n'ont pas pu s'appuyer sur le travail des concepteurs de prothèses auriculaires, " explique Tibbitt. Mais maintenant, lui et son équipe ont inventé une encre support universelle qui « simplifie considérablement » le développement de nouvelles applications, comme les chercheurs l'écrivent dans leur article.

Essentiellement, L'impression 3D appelle une solution à une énigme que l'on appelle avec désinvolture « le problème du dentifrice » :d'une part, le dentifrice ne doit pas être trop visqueux car cela rendrait difficile le passage à travers l'ouverture étroite du tube; de l'autre, il ne doit pas être trop fluide car il s'égoutterait alors immédiatement de la brosse à dents. De la même manière, en impression 3D, l'encre support doit pouvoir se liquéfier pour s'écouler à travers la buse d'impression, puis se solidifier pour que la structure imprimée ne perde pas immédiatement sa forme.

Réseau transitoire

C'est là que l'encre support universelle que l'équipe de Tibbitt a développée peut aider. Il se compose de fibres de cellulose dissoutes dans l'eau associées à des nanoparticules polymères biodégradables. Lorsqu'aucune pression extérieure n'est exercée, les fibres s'attachent aux particules. Cela crée un réseau transitoire qui peut être perturbé lorsqu'il est soumis aux forces de cisaillement élevées dans la buse de l'imprimante, mais qui se reforme rapidement après avoir traversé l'ouverture étroite.

Dans d'autres expériences, Tibbitt et son équipe de chercheurs ont ajouté différents polymères (tels que l'acide hyaluronique, gélatine, collagène, ou fibrinogène) à leur nouvelle encre support. Ces polymères secondaires n'ont pas modifié le comportement d'écoulement de l'encre à travers la tête de la buse de l'imprimante, mais a permis aux chercheurs de solidifier le réseau transitoire pour former la structure imprimée en une seconde, étape suivante.

Nouveaux systèmes d'administration de médicaments

L'équipe de Tibbitt a également testé le comportement des cellules vivantes dans l'encre support et a découvert que le même nombre de cellules survivent dans l'encre qu'à l'extérieur. Sur la base du fait que des substances hydrophobes peuvent être introduites dans les nanoparticules et que des substances hydrophiles peuvent être ajoutées à la phase aqueuse avec les fibres de cellulose, les chercheurs ont démontré que leur encre est également adaptée au développement de nouveaux systèmes d'administration de médicaments. En raison de son aptitude à être utilisé dans une large gamme d'applications, appeler leur transporteur d'encre pour l'impression 3D "universel" n'est certainement pas exagéré.