Les ingénieurs en mécanique de l'Université du Texas à Dallas ont conçu un fémur imprimé en 3D qui pourrait aider les médecins à se préparer aux interventions chirurgicales visant à réparer les os et à développer des traitements pour les tumeurs osseuses.
Les ingénieurs, qui ont travaillé en collaboration avec les chirurgiens orthopédistes de l'UT Southwestern Medical Center, ont publié en ligne leur première étude sur l'os de la cuisse imprimé en 3D le 5 août dans le Journal de recherche orthopédique.
L’étude, axée sur la partie médiane de l’os, établit les paramètres d’impression 3D d’un fémur destiné à être utilisé dans les tests biomécaniques. Les chercheurs ont déclaré que des études supplémentaires seraient nécessaires avant que la technologie puisse être disponible pour une utilisation généralisée.
Pour étudier et valider des implants et des techniques chirurgicales innovantes, les chirurgiens effectuent des études biomécaniques à l'aide de cadavres donnés ou d'os synthétiques disponibles dans le commerce, qui les aident à déterminer la fixation chirurgicale optimale et à prédire la réponse de l'os. Les os synthétiques, également utilisés dans la formation chirurgicale, peuvent être coûteux, prendre du temps à acquérir et ne permettent pas de solutions spécifiques au patient.
Les chercheurs de l'UT Southwestern ont approché le Dr Wei Li, un expert de l'UT Dallas en technologie d'impression 3D, il y a deux ans pour collaborer sur une alternative moins coûteuse et plus rapide pour les études biomécaniques orthopédiques.
« Pour planifier une intervention chirurgicale, les chirurgiens doivent connaître la géométrie de l'os », a déclaré Li, professeur adjoint de génie mécanique à l'école d'ingénierie et d'informatique Erik Jonsson et auteur correspondant de l'étude récente.
Grâce à l'impression 3D, nous sommes en mesure d'imprimer l'échantillon d'os du fémur avec la même géométrie du fémur à l'intérieur du corps. »
Dr Wei Li, Université du Texas à Dallas
Par essais et erreurs, Kishore Mysore Nagaraja, doctorant en génie mécanique à l'UTD, a développé de nombreuses itérations du fémur. Mysore Nagaraja, qui travaille au Comprehensive Advanced Manufacturing Lab de Li, a effectué une série de tests sur chaque os artificiel pour mesurer les performances mécaniques et les propriétés des matériaux afin de rendre les échantillons aussi similaires que possible aux fémurs réels.
« Cette expérience collaborative est la meilleure chose qu'un étudiant puisse demander », a déclaré Mysore Nagaraja, qui devrait obtenir son diplôme en décembre. « Obtenir une évaluation de mes recherches sur les tests directement auprès des médecins qui vont les utiliser est une très bonne validation de nos recherches. »
La réplique osseuse est composée d'acide polylactique, un polymère biodégradable à faible coût, couramment utilisé dans l'impression 3D. Le dessin, qui représente la section médiane du fémur, mesure près de 8 pouces de long et près de 1 pouce de diamètre. Lors des tests biomécaniques, il s'est révélé aussi performant qu'un fémur humain. Les chercheurs ont estimé que la fabrication de chaque fémur imprimé en 3D coûtait 7 dollars.
Li a déclaré que les os imprimés en 3D avaient de nombreuses applications potentielles. Le polymère, par exemple, pourrait remplacer d’autres matériaux utilisés dans la réparation osseuse, comme le titane. Li a déclaré que les chercheurs pourraient également imprimer des tumeurs sur des os imprimés en 3D et tester des traitements sur les échantillons imprimés, ou que les répliques pourraient être utilisées pour aider à développer du tissu osseux humain.
Les chercheurs de l'UT Southwestern impliqués dans l'étude comprenaient le premier auteur, le Dr Robert Weinschenk, chirurgien orthopédiste en oncologie, et le Dr Richard Samade, chirurgien de la main et des membres supérieurs, qui dirigent un laboratoire d'impression 3D. Tous deux sont professeurs adjoints de chirurgie orthopédique avec des nominations secondaires en génie biomédical ; Samade a un rendez-vous secondaire en chirurgie plastique.
« J'ai contacté le Dr Li et son équipe et, heureusement, cela s'est transformé en une excellente collaboration entre nous », a déclaré Weinschenk. « Grâce aux connaissances et aux compétences que le Dr Samade et moi possédons en tant que chirurgiens – tous deux issus d'une formation en ingénierie – ; en combinaison avec les connaissances et l'expertise considérables du Dr Li en matière d'essais mécaniques et ses incroyables ressources, notre équipe collaborative est particulièrement bien placée pour essayer de relever ce type de défis.
