Imprimer une oreille

© Bonerok

Pour le grand public, le terme « d’impression 3D » est désormais d’usage courant. Il recouvre des techniques extrêmement diverses, qui permettent d’élaborer des pièces par addition de couches successives de matière. Préalablement numérisée, chaque pièce est créée par agglomération de matière, couche après couche, avec une extrême précision, selon un programme prédéfini. L’agglomération peut se faire par solidification sélective, par projection de liant, par fusion… Dans le jargon scientifique on parle de « fabrication additive », par opposition à « l’usinage », la technique traditionnelle de fabrication de pièces. L’usinage consiste à partir d’un matériau brut et à le modeler (découpe, assemblage…) pour lui donner la forme escomptée.

La fabrication additive permet de réaliser des structures complexes, impossible à obtenir autrement. Dans le domaine technique, elle permet d’obtenir des pièces sans soudure, solides et légères, et dans le domaine médical, des implants véritablement sur mesure. Les bioproduits, qui sont réalisés à partir de cellules du patient, ont en outre l’avantage immense d’être compatibles avec l’organisme du receveur et modifiables génétiquement.

Soigner grâce à la fabrication additive

La fabrication additive a commencé par utiliser des matériaux inertes en poudres ou gels, une technique désormais maîtrisée. La fabrication de tissus vivants est bien plus complexe, car il faut que les cellules utilisées dans la bio-encre restent vivantes. Or, lorsqu’elles sont disposées en couches successives elles finissent rapidement par s’asphyxier. Il faut alors mettre au point des techniques permettant d’aérer la structure et d’apporter des nutriments aux cellules.

Os, trachée, tissu musculaire, oreille… divers organes sur mesure ont déjà été réalisés par fabrication additive. Parmi les plus médiatisés : une trachée et des bronches artificielles posées chez un bébé atteint de tracheobronchomalacie, une anomalie congénitale où la faiblesse du cartilage de l’enfant entraîne des obstructions des voies aériennes et des étouffements. Cette trachée et ces bronches ont pu être confectionnées par impression 3D, et servir de support pour maintenir les voies respiratoires du bébé ouvertes. L’enfant opéré a aujourd’hui 3 ans et son attèle synthétique est en cours de résorption. Des os crâniens ont également pu être réalisés par impression 3D, pour remplacer des os fracturés ou altérés (par exemple en cas de fente palatine).

L’étape suivante consiste à fabriquer des organes plus complexes, vivants, capables de s’intégrer à l’organisme, de s’adapter et de se comporter comme un organe naturel. C’est ce que les scientifiques nomment la fabrication « 4D », qui intègre une quatrième dimension, le temps.

Imprimer des pavillons auditifs

La fabrication d’oreilles humaines est à l’étude depuis plusieurs années. Les premiers essais ont consisté à fabriquer une structure en 3D, puis à la coloniser par des cellules humaines. Une seconde étape est actuellement en voix de développement, où l’oreille est fabriquée directement en 3D par couche successives de cellules humaines.

L’objectif est principalement esthétique. C’est notamment le cas du projet australien de l’équipe du Professeur Mia Woodruff du Queensland University of Technology et de la fondation Hear and Say. Il devrait permettre à la petite Maia Van Mulligan, née avec une malformation congénitale de l’oreille externe gauche, de disposer d’un vrai pavillon et d’une oreille fonctionnelle parfaitement symétrique avec son oreille droite. Le projet comporte deux phases. La première consiste à élaborer une oreille virtuelle en 3D (numérisation), puis à réaliser par fabrication additive un pavillon en silicone, qui sera fixé à la tête de l’enfant par un aimant ou une colle chirurgicale. La seconde phase, qui devrait être réalisable dans les deux ans, consisterait à créer une oreille vivante à partir de cellules de l’enfant, et à la lui greffer.

En France, le laboratoire Lab Skin Creations a réussi à fabriquer une oreille parfaitement viable, qu’elle a pu ensuite greffer sur une souris. En pratique, Lab Skin a tout d’abord mis au point une « bio-encre » comprenant notamment des fibroblastes (cellules de soutien) et diverses molécules stimulant leur prolifération. D’autres équipes avaient déjà réalisé des oreilles à partir de cellules humaines, mais elles n’étaient pas implantables. La prouesse de l’équipe française a été de réaliser un bioproduit, reconnu par l’organisme de la souris auquel il a été greffé comme du matériau vivant, colonisé par des vaisseaux sanguins et donc parfaitement intégré.

Très récemment, une autre équipe, du Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (Caroline du Nord) a également mis au point une imprimante 3D extrêmement performante, capable de construire simultanément la structure d’un pavillon d’oreille et d’ensemencer les cellules qui vont la coloniser. La structure est formée par un plastique biodégradable destiné à être remplacé peu à peu par des cellules vivantes. La structure fonctionne comme un tuteur temporaire. Cette oreille a été greffée avec succès sur l’animal.

© Bonnie Findley/Université d’Ottawa

Une autre méthode est en cours de développement au Canada. Leur technique est encore différente : ils ont cultivé des cellules humaines sur un extrait de pomme est ont réussi à réaliser une véritable oreille. En pratique, ils ont retiré de la pomme toutes les cellules contenant de l’ADN pour ne plus conserver que du matériau cellulosique qui sert d’échafaudage pour créer une structure en 3D. Ils ont ensemencé ce substrat avec des cellules humaines dites « HeLa »[1] et réussi à donner à leur culture la forme d’une oreille.

Il reste encore à valider la durée de vie de ces greffons et leur innocuité avant de pouvoir envisager de les implanter sur l’homme.

[1] Les cellules HeLA forment la première lignée de cellules humaines immortelles cultivées en laboratoire. Ces cellules, très largement utilisées dans le domaine de la biologie, ont été nommées ainsi en l’honneur de la patiente Henrietta Lacks, atteinte d’un cancer de l’utérus, chez qui ces cellules avaient été prélevées.