Stents biorésorbables imprimés en 3D pour les voies respiratoires

Un rétrécissement de la trachée ou des bronches principales, d? à une maladie ou à une blessure, peut mal se terminer. Les patients manquent d'air, risquent de s'étouffer et ont souvent besoin d'une aide médicale rapide.

Pour remédier à de tels rétrécissements, les chirurgiens posent aux personnes concernées des implants tubulaires, appelés stents, en silicone ou en métal utilisables à des fins médicales. S'ils apportent une amélioration rapide aux patients, ces implants présentent toutefois des inconvénients : Les stents en métal doivent être retirés chirurgicalement, ce qui représente une nouvelle charge pour les patients. Les stents en silicone, quant à eux, s'éloignent de l'endroit où ils ont été posés. La raison en est que les implants ne sont pas adaptés à l'anatomie du patient.

Une équipe de recherche de l'ETH, composée de membres des groupes Matériaux complexes et Drug Formulation & Delivery, a mis au point un stent respiratoire en collaboration avec des chercheurs de l'H?pital universitaire et de l'Université de Zurich ; ce stent est adapté à un patient et biorésorbable, c'est-à-dire qu'il se dégrade progressivement après son implantation. Ces stents sont fabriqués à l'aide d'un procédé d'impression 3D ("Digital Light Processing", DLP) et de résines photosensibles spécialement adaptées à cet effet.

Les chercheurs réalisent d'abord une tomographie par ordinateur d'une section spécifique des voies respiratoires. Sur cette base, ils développent un modèle numérique 3D du stent. Les données sont ensuite transmises à l'imprimante DLP, qui fabrique le stent sur mesure couche par couche.

Dans le procédé DLP, une plateforme de construction est immergée dans une cuve de résine. La plate-forme est ensuite exposée à la lumière UV aux endroits voulus, conformément au modèle numérique. Là où la lumière frappe la résine, celle-ci durcit. La plateforme est alors légèrement abaissée et la couche suivante est exposée. L'objet souhaité se forme ainsi couche par couche.

Une résine spéciale a été développée

Jusqu'à présent, la technique DLP et les matériaux biodégradables ne permettaient de fabriquer que des objets rigides et fragiles. Les chercheurs de l'ETH ont donc développé une résine spéciale qui devient élastique après exposition à la lumière.

Cette résine est basée sur deux macromonomères différents. Les propriétés matérielles de l'objet ainsi créé peuvent être contr?lées par la longueur (poids moléculaire) des monomères utilisés ainsi que par leurs proportions de mélange, comme l'expliquent les chercheurs dans leur dernière étude publiée dans "page externeScience Advances" mettre en évidence.

Dès que la lumière UV frappe la résine, les monomères s'associent entre eux et forment un réseau de polymères. Comme la résine nouvellement développée est trop visqueuse à température ambiante, les chercheurs ont d? la traiter à des températures de 70 à 90 degrés.

Les chercheurs ont produit plusieurs résines avec différents monomères et ont testé des prototypes fabriqués à partir de ces résines pour voir si le matériau était compatible avec les cellules et biodégradable. Ils ont également testé l'élasticité des prototypes et leur résistance aux contraintes mécaniques telles que la pression et la traction.

Les scientifiques ont finalement utilisé le matériau aux propriétés souhaitées pour fabriquer des stents, qui ont été testés sur des lapins.

La mise en place des stents a également nécessité un instrument spécial, car les objets imprimés en 3D doivent être insérés pliés. Cela suppose que les implants ne se laissent ni plier ni écraser et qu'ils se déploient parfaitement sur leur lieu d'utilisation.

Afin de pouvoir suivre à l'aide de l'imagerie médicale l'endroit où se trouve le stent lors de sa mise en place, les chercheurs ont intégré de l'or dans sa structure. Cela rend les stents stables, mais ne change rien à leur biocompatibilité.

Des tests réussis, des perspectives prometteuses

Les tests effectués sur les lapins par le groupe de recherche de Daniel Franzen, médecin-chef à la clinique de pneumologie de l'H?pital universitaire de Zurich, en collaboration avec des vétérinaires, se sont révélés concluants. Les chercheurs ont pu montrer que les implants sont biocompatibles et qu'ils sont résorbés par l'organisme après six à sept semaines. Dix semaines après l'implantation, le stent n'était plus visible sur les radiographies. De plus, les stents mis en place ne bougeaient généralement pas de l'endroit où ils avaient été implantés.

"Ce développement prometteur ouvre des perspectives pour la fabrication rapide d'implants et d'aides médicales sur mesure, qui doivent être très précis, élastiques et dégradables dans le corps", explique Jean-Christophe Leroux. D'autres recherches seront axées sur la mise en place des stents de la manière la plus douce possible.

De plus, les processus doivent être con?us de manière à ce que la production soit possible sur le lieu d'utilisation, ou du moins qu'elle comprenne des cha?nes d'approvisionnement courtes. Le procédé est encore à l'échelle du laboratoire. "Fabriquer de tels stents à grande échelle est toutefois une entreprise complexe que nous devons encore mieux étudier", explique André Studart. La technique pourrait toutefois être assez facilement transposée à des applications médicales similaires. "Ce n'est donc, nous l'espérons, qu'une question de temps avant que notre solution ne trouve son chemin vers la clinique", conclut le professeur de l'ETH.