Modèles thoraciques réalistes imprimés en 3D pour la formation chirurgicale

Lors de MEDICA 2022, NewsMedical s’est entretenu avec Heike et Thorsten Walles, co-fondateurs de MD2B LifeScience, qui fournit des modèles de thorax réalistes pour la formation chirurgicale et implantaire. Ces modèles imprimés en 3D pourraient révolutionner l’approche de l’entraînement, avec des côtes remplaçables qui reproduisent le comportement des os humains réels.

Pouvez-vous vous présenter et présenter votre parcours professionnel ?

Heike Walles (HW): Je m’appelle Heike Walles. Je suis biologiste et j’ai travaillé pendant 25 ans dans le domaine de l’ingénierie tissulaire. J’ai beaucoup d’expérience dans la façon dont vous pouvez combiner des matériaux avec des cellules pour créer des modèles spécifiques aux tissus.

Thorsten Walles (TW): Je m’appelle Thorsten Walles. Je suis chirurgien spécialisé en chirurgie thoracique, et je suis professeur de chirurgie thoracique à l’Université de Magdebourg où je forme de jeunes médecins. Je suis également impliqué dans des programmes de formation avec notre Société Nationale de Chirurgie Thoracique.

MD2B LifeScience est une spin-out de l’Université de Magdebourg qui crée des modèles de thorax imprimés en 3D pour la formation médicale et la planification chirurgicale. Qu’est-ce qui vous a inspiré à rechercher une solution de modélisation thoracique ?

TW : Tout a commencé avec une chirurgie robotique. Lorsque nous utilisons la robotique, les procédures chirurgicales sont très standardisées, mais je voulais faire une approche non standardisée pour une tumeur rare et j’avais le problème de savoir comment je pouvais réorganiser le cadre robotique pour mon patient. À ce moment-là, j’aurais aimé qu’il y ait une sorte de dispositif de formation pour jouer un peu avec la façon de planifier la chirurgie, mais malheureusement, il n’y en avait pas. J’ai donc fait l’opération sans formation, et tout s’est bien passé, mais cela a lancé l’idée où tout a commencé.

Crédit d’image : MD2B LifeScience

J’ai demandé au département d’ingénierie de notre université s’il serait possible de générer des modèles de thorax en 3D, et les ingénieurs m’ont dit qu’ils pouvaient le faire.

Comment s’est passé le processus de développement de vos modèles de thorax et comment ont-ils évolué depuis vos premières idées ?

TW : Il s’est avéré que techniquement, il y avait des défis que les ingénieurs devaient résoudre, ce qu’ils ont fait, puis l’idée a continué, nous avons donc décidé de créer un modèle pour former de jeunes médecins et même des professionnels comme moi pour des chirurgies compliquées.

Nous avons présenté notre idée en septembre 2021 à un congrès médical national, puis d’autres médecins ont eu des idées supplémentaires. Ensuite, certains représentants de l’industrie ont fait remarquer : « eh bien, vous avez la poitrine et vous avez les os de la poitrine ; c’est utile pour nos implants ». Ils ont réalisé qu’ils pouvaient utiliser les modèles pour s’entraîner à l’application d’implants ou à la modification d’implants. Et ainsi l’idée n’a cessé de grandir.

Crédit d’image: Hôpital universitaire de Magdebourg

HW: Actuellement, pour beaucoup de formation chirurgicale, les animaux sont utilisés. Si vous venez du domaine de l’ingénierie tissulaire, vous êtes expérimenté dans la création d’alternatives aux modèles animaux qui ont les mêmes fonctions. Dans notre nouveau développement, nous mettons donc en œuvre cet objectif. Premièrement, nous avons une copie réaliste de la cage thoracique humaine avec laquelle les chirurgiens peuvent s’entraîner, et deuxièmement, nous pouvons insérer des tissus humains bioartificiels, par exemple des tumeurs pulmonaires.

Pour les interventions guidées par l’image, les universités et l’industrie développent des électrodes et d’autres dispositifs pour les opérations thoraciques. Beaucoup de ces dispositifs doivent être utilisables dans le cadre des TRM. C’est pourquoi nous avons modifié notre matériel afin que vous puissiez l’utiliser sous MRT.

Avec d’autres idées provenant de nos actionnaires et de nos partenaires scientifiques, nous continuons à développer notre produit et notre entreprise. Chez MEDICA, notre développement a déjà séduit divers représentants du milieu universitaire et de l’industrie.

Quels sont les matériaux utilisés dans les modèles de thorax ?

HW : Nous nous concentrons vraiment sur le matériau afin que les côtes modèles aient le comportement physiologique des côtes humaines. C’est pourquoi l’industrie peut optimiser ses implants avec, car ils se cassent et agissent exactement comme des os humains. À des fins de formation, il est beaucoup moins coûteux de travailler avec un modèle standard, mais si quelqu’un est intéressé par un modèle thoracique individualisé spécifique au patient, il est possible d’en créer un à partir des données CT.

Crédit d’image: Hôpital universitaire de Magdebourg

Nous avons déposé des brevets pour les matériaux. Les structures osseuses sont générées à partir de polymères modifiés. Les tissus humains bioartificiels sont basés sur des composés de collagène.

Pourquoi y a-t-il un besoin spécifique de meilleurs modèles du thorax spécifiquement ?

TW : Dans les opérations de chirurgie thoracique mini-invasive, le patient est allongé sur le côté. L’anesthésiste qui s’occupe du patient bloquera le poumon supérieur afin qu’il se dégonfle et s’effondre. En conséquence, une cavité se forme entre la paroi thoracique et le poumon effondré. Le chirurgien entre dans cet espace avec ses instruments et fait ce qu’il a à faire pour réaliser l’opération. Parfois, il doit retourner le poumon de l’arrière vers l’avant pour atteindre la face postérieure ou l’inverse.

Crédit d’image: Hôpital universitaire de Magdebourg

Le défi est de faire ces manœuvres opératoires dans l’espace restreint de la cavité thoracique. Il existe différents modèles de formation pour pratiquer des opérations mini-invasives du bassin et de l’abdomen ; par rapport à la situation réelle dans la poitrine, ces modèles permettent une grande liberté pour effectuer les opérations.

HW : Nous recouvrons nos modèles d’entraînement d’une couche de tissus mous que nous avons développée pour que vous ne puissiez pas voir à l’intérieur. Les médecins stagiaires doivent vraiment apprendre à accéder à la cage thoracique et s’entraîner à sentir les côtes. Afin de créer des conditions de fonctionnement réalistes, des organes d’animaux peuvent être placés dans notre modèle d’entraînement, par exemple. Les organes peuvent également être perfusés et ventilés.

Quel est l’intérêt d’imprimer les côtes en 3D ?

HW : Notre approche de production additive permet l’imitation anatomiquement correcte de la structure anatomique des côtes en cartographiant pour la première fois les deux parties corticales et la cavité médullaire. De plus, une côte n’est pas un os harmonieusement incurvé avec une section ovale mais change de forme plusieurs fois au cours de l’anatomie.

Plusieurs entreprises de soins de santé qui fournissent des implants pour la refixation des côtes ont testé nos modèles préliminaires et ont commencé à les utiliser pour former les médecins et les utilisateurs médicaux sur la façon d’appliquer leurs implants.

Après une formation chirurgicale ou implantaire, si une côte est cassée, on peut l’échanger facilement, et on peut la casser à nouveau dans une autre position si nécessaire.

Comment ces modèles contribuent-ils à réduire le besoin d’animaux dans la formation chirurgicale ?

TW : La représentation anatomique exacte du squelette thoracique humain offre un environnement d’entraînement plus réaliste que de nombreux modèles animaux établis. Des organes d’animaux frais ou disponibles dans le commerce peuvent être utilisés pour une représentation réaliste des étapes chirurgicales viscérales, mais dans tous les cas, ce modèle réduit le besoin d’animaux de laboratoire. Aucun local spécial n’est requis pour l’utilisation de nos modèles de formation; de cette façon, un stand de formation peut être réalisé à partir de n’importe quel bureau ou poste de travail de séminaire.

Crédit d’image: Hôpital universitaire de Magdebourg

Nous avons commencé à utiliser notre modèle également pour la formation des étudiants car chaque jeune médecin doit apprendre l’insertion d’un drain thoracique. Comparé à l’effort d’avoir à obtenir une carcasse d’animal de l’abattoir, notre modèle est beaucoup plus facile à organiser et à manipuler.

Pourquoi est-il important que vos modèles apparaissent dans les IRM et les scanners ?

TW : Cette fonctionnalité n’est pas nécessaire pour les chirurgiens, mais nous avons à l’esprit que nous pourrions utiliser notre modèle pour former des radiologues interventionnels. Par exemple, les interventions mini-invasives sur la poitrine, telles que la biopsie percutanée des nodules ou les ablations par radiofréquence, peuvent être entraînées.

Quelle est l’importance des salons comme MEDICA pour promouvoir de nouvelles innovations comme la vôtre ?

HW : Pour nous en tant que petite et jeune spin-off, c’était vraiment très important. Nous voulions savoir si notre développement plaisait aux groupes d’utilisateurs, et pour ce faire, je pense qu’il est très important d’avoir des entreprises comme celle-ci.

Crédit d’image : MD2B LifeScience

TW : Nous sommes encore au début du développement et nous pouvons aller dans différentes directions. En tant que petite start-up, nous devons décider ce qui a le plus de sens et quelle est la prochaine étape. Chez MEDICA, nous recevons des commentaires de professionnels, de futurs clients potentiels ou d’autres universitaires. MEDICA nous aide à développer une idée de ce que veut le marché.

HW : C’est vraiment fantastique de découvrir que votre idée est pertinente.

Y a-t-il des prochaines étapes claires et immédiates que vous allez suivre pour améliorer vos modèles actuels ?

HW : Nous nous concentrerons sur la finalisation de la couverture des tissus mous. Ensuite, nous devrons implémenter des modèles pour les organes viscéraux du thorax.

TW : Est-ce la poitrine et la cage thoracique elle-même qui intéressent la plupart des gens ? Ou devons-nous faire plus d’efforts pour trouver une idée pour les organes internes comme le cœur et les poumons ? Suffit-il de prélever des organes sur des animaux abattus ou a-t-on besoin d’organes artificiels en silicone, en plastique, etc. ? Il existe déjà des produits sur le marché, mais nous avons l’idée de représenter l’haptique des organes pour donner à l’utilisateur une expérience réaliste lors de sa formation et de ses interventions. La question est donc : jusqu’où pouvons-nous nous rapprocher des technologies artificielles dont nous disposons actuellement ?

À propos de Heike Walles et Thorsten Walles

Heike Walles, doctorat Né en 1962 en Allemagne. 1982 – 1988 Études de biologie à la Justus-Liebig-University Gießen, Allemagne. 1989 – 1994 Thèse de doctorat à l’Université Ludwig-Maximilians de Munich1999 – 2003 Post-Doc et professeur junior au Leibniz-Research-Laboratories for Biotechnology and Artificial Organes (LEBAO), Hannover Medical School, Hanovre. 2004 – 2012 Responsable du département Systèmes cellulaires, Fraunhofer-Institut Interfacial Engineering and Biotechnology (IGB), Stuttgart. 2009 – 2018 Professeur ordinaire en génie tissulaire et médecine régénérative, Julius-Maximilians-University, Würzburg. 2014-2018 Responsable du Fraunhofer Translational Center for Regenerative Therapies in Oncology and Musculoskeletal Diseases, Würzburg. Depuis 2018 Responsable du Core-Facility Tissue-Engineering, Otto-von-Guericke-University, Magdebourg, Allemagne. 2011 Co-fondateur de TissUse GmbH (Berlin). 2022 Co-fondateur de MD2B LifeSciences GmbH (Magdebourg).

Thorsten Walles, MD FETCS. Né en 1972 en Allemagne. 1993-2000 Études de médecine à la Hanovre Medical School. 1997-1998 Séjour de recherche à l’Université Johns Hopkins (Baltimore, USA). 2000-2009 Formation clinique en chirurgie cardiaque, thoracique et vasculaire ainsi qu’en chirurgie générale. 2009 spécialiste en chirurgie thoracique. Depuis 2017, professeur de chirurgie thoracique et chef du service de chirurgie thoracique à l’hôpital universitaire de Magdebourg. Focus : chirurgie oncologique, chirurgie thoracique mini-invasive dont la chirurgie assistée par robot, chirurgie thoracique pédiatrique, traumatologie thoracique. 2011 Co-fondateur de TissUse Gmbh (Berlin). 2022 Co-fondateur de MD2B LifeSciences GmbH (Magdebourg).