Des os fabriqués avec des imprimantes à jet d'encre

Un ordinateur et une simple imprimante à jet d'encre: rien de plus n'est nécessaire pour reconstruire ou réparer des os humains, selon une nouvelle méthode imaginée par trois chercheurs de Montréal, Québec et Wurzbourg, en Bavière. Cette technique pour le moins révolutionnaire permettra de créer des implants osseux parfaitement adaptés à l'anatomie du patient et dont la durabilité serait grandement accrue.

Une photo tridimensionnelle de l'anatomie osseuse du patient obtenue par scanner est intégrée à la mémoire d'un ordinateur. Celui-ci est relié à une imprimante à jet d'encre qui ne crache pas de l'encre mais un acide sur un film de poudre de ciment avec lequel il réagit pour produire une céramique calquant la forme de l'os à reconstruire. L'os est ainsi recréé une couche à la fois, comme lors de l'impression couleur d'une photo par une imprimante à jet d'encre. La superposition de ces multiples couches de 0,1 millimètre d'épaisseur permet in fine de reproduire la forme et l'architecture interne de l'os avec une très grande précision.

Cette nouvelle technique permet en effet de contrôler la porosité du matériau, soit la géométrie des microcanaux, qui peut être déterminée sur l'ordinateur, lequel informera l'imprimante du design à reproduire.

«On peut ainsi créer des canaux d'un millimètre de diamètre qui favoriseront l'implantation de vaisseaux sanguins. Ceux-ci amèneront des cellules osseuses [dans ces microcanaux] et les ingrédients — l'oxygène et les nutriments — qui leur permettront de générer du tissu osseux et de maintenir l'os en vie. La revascularisation est essentielle car, en l'absence de sang, il n'y aura pas d'os», explique le spécialiste en biomatériaux Jake Barralet, de l'université McGill, un des concepteurs de cette technique.

«Les os sont plus vivants qu'on ne le pense. Ils sont traversés de vaisseaux sanguins et contiennent des cellules vivantes qui renouvellent continuellement l'os», ajoute le Dr Charles Doillon, de l'Université Laval, spécialiste de la vascularisation et coauteur de l'expérience dont les résultats sont publiés dans le Journal of Advanced Materials. «Pendant la cicatrisation de l'os, une des premières étapes est de rétablir l'oxygénation et l'apport des nutriments qui permettent de nourrir les cellules osseuses afin qu'elles puissent refabriquer de l'os.»

Pouvoir reproduire la porosité exacte des os humains qui sera propice à la croissance de capillaires sanguins est un des grands avantages de la technique de l'imprimante sur les matériaux, comme le corail et les céramiques poreuses, qu'on utilise aujourd'hui dans les greffes osseuses et dont la porosité est aléatoire.

Par ailleurs, les chercheurs font appel à un ciment à base de cristaux de brushite, qui durcit à la température de la pièce, contrairement aux céramiques courantes, qui doivent être chauffées pour devenir solides. Or la cuisson modifie la régularité de leur porosité et «les pores se connectent de façon aléatoire».

Autre atout de la brushite: elle est soluble. Elle se dissoudra donc lentement dans le corps humain et sera graduellement remplacée par de l'os vivant produit par les cellules osseuses présentes dans les microcanaux. Celles-ci génèrent en effet le tissu osseux par excellence, dont la composition consiste en une association entre l'hydroxylapatite et le collagène.

Il reste toutefois encore beaucoup de chemin à parcourir avant que cette technique ne soit introduite dans la pratique médicale, prévient Jake Barralet. Dans une bonne dizaine d'années peut-être, elle pourra servir à reconstruire l'os disparu lors d'une grosse fracture. Les grands traumatismes, occasionnés lors d'accidents de moto ou de voiture, voire par des explosions ou des coups de feu, qui provoquent souvent des plaies ouvertes avec une perte osseuse considérable, pourront grandement bénéficier de cette nouvelle technique. En effet, celle-ci leur évitera de subir une seconde opération très douloureuse destinée à extraire l'os nécessaire au greffon dans les os iliaques du bassin du patient.

Chez les personnes âgées qui ont perdu une dent, on pourra rebâtir l'os de la mâchoire qui s'est affaissé avant d'implanter une nouvelle dent. La technique qui, comme on le sait, permet de créer un matériau dont la porosité est optimale pour induire la revascularisation de l'os devrait être tout à fait adaptée pour remplacer l'os détruit dans une plaie infectée. «Car plus un os est vascularisé, mieux il luttera contre l'infection», précise Charles Doillon.

Dans tous ces cas, «l'imprimante pourra appliquer par petites couches successives un substitut dans l'espace qui manque. Et si ce substitut guide la revascularisation et la formation osseuses, ce sera merveilleux», lance le Dr Doillon.

En plus de produire un matériau nettement plus adapté que ceux employés aujourd'hui dans la fabrication des implants osseux, la technique de l'imprimante permettra d'éviter les dangers de l'allo-greffe. Cette dernière consiste à extraire l'os à greffer sur un donneur d'organes décédé. «Mais il y a le risque de contamination par le prion de la maladie de la vache folle, prévient Jake Barralet. Aussi, les os prélevés sont de qualité très variable selon qu'ils proviennent d'une personne jeune ou âgée. Et, finalement, on ne doit pas oublier le risque qu'il y ait une réaction de rejet de l'organisme du patient.»