La FDA approuve le premier système de réalité augmentée à usage chirurgical

La FDA a récemment approuvé le système de réalité augmentée OpenSight de Novarad, la première solution médicale de réalité augmentée pour Microsoft HoloLens autorisée à être utilisée dans la planification chirurgicale préopératoire.

La technologie permet de projeter des images 2D, 3D et 4D de patients de manière interactive en les superposant sur le corps du patient, selon un communiqué de presse de Novarad publié le 24 octobre.

OpenSight utilise spécifiquement le casque Microsoft HoloLens qui permet la visualisation simultanée des images 3D du patient en réalité augmentée, du patient réel et de son environnement réel. La technique peut réduire les temps opératoires et améliorer la planification chirurgicale et la compréhension des relations anatomiques.

« C’est une technologie transformatrice qui réunira l’imagerie préopératoire avec la réalité augmentée pour améliorer la précision, la rapidité et la sécurité des procédures médicales », a déclaré Wendell Gibby, MD, PDG de Novarad et co-créateur d’OpenSight. « Cette visualisation interne peut maintenant être réalisée sans que le chirurgien ne fasse d’incision, améliorant les résultats dans un monde de médecine plus précise. »

La technologie permet également une expérience multi-utilisateur, étant donné que plusieurs casques HoloLens peuvent être portés parmi les utilisateurs à des fins de formation ou cliniques. Une version pédagogique du logiciel est également disponible pour que les étudiants en médecine puissent effectuer des dissections virtuelles sur des cadavres, selon le communiqué de presse.

Comment les tatouages électroniques vont changer le monde

Des tatouages électroniques ornés de lumières clignotantes et de circuits sophistiqués, c’est l’essence de la science fiction cyberpunk. Ils surveillent nos signes vitaux et ils nous fournissent des conseils de santé personnalisés en temps réel. Ils connectent notre biologie au Web et mettent l’Internet des objets à portée de main. Ils vont améliorer nos cinq sens, et peut-être même nous en donner de nouveaux.

Ce type d’augmentation humaine est décrit dans Circuits, le premier épisode de Glimpse, une nouvelle série de science-fiction originale de Futurism Studios et de DUST. Regardez le premier épisode ci-dessous.

Grâce aux récents développements dans le domaine des matériaux avancés et de l’ingénierie biomédicale, l’électronique portable est à la portée de tous. Nous avons déjà des matériaux biocompatibles qui permettent à l’électronique de fusionner de manière transparente avec le corps. Nous avons déjà développé des e-tatouages capables de contrôler un smartphone.

Maintenant, il s’agit simplement d’affiner et d’améliorer ces technologies.

En avril, Michael McAlpine, professeur de génie mécanique à l’Université du Minnesota, a publié une étude dans la revue Advanced Materials dans laquelle il a démontré une manière d’imprimer l’électronique directement sur la peau. L’appareil – bon marché, accessible et compact – offre déjà des applications révolutionnaires pour l’armée et la médecine. À l’avenir, cela pourrait complètement changer la façon dont nous interagissons avec le monde qui nous entoure.

Futurisme s’est récemment entretenu avec Alpine au sujet de ses recherches et de l’avenir de l’électronique imprimable et des e-tatouages.


Futurisme : je veux commencer par parler de la technologie d’impression 3D au centre de cette étude. Qu’est-ce qui est si spécial ?

Michael McAlpine : Dans l’ensemble, notre groupe de recherche développe des imprimantes capables d’imprimer au-delà des plastiques durs utilisés par la plupart des imprimantes 3D. Le plastique dur a une valeur limitée. Peu de gens achètent ces imprimantes, car personne chez eux n’a vraiment besoin d’imprimer des objets en plastique dur. Nous étendons donc les capacités de l’impression 3D au-delà du plastique dur et à ce que nous appelons des «matériaux fonctionnels». Cela signifie imprimer des supports pratiques – matériaux électroniques, polymères mous et même des matériaux biologiques comme les cellules – sur une seule et même plate-forme.

Nous intégrons également l’analyse et la vision par ordinateur dans l’impression 3D. La numérisation 3D nous permet de scanner la surface imprimée, comme un organe ou un nerf. Cela nous permet d’imprimer des dispositifs biomédicaux anatomiquement spécifiques. La vision par ordinateur nous permet d’imprimer sur des surfaces en mouvement, comme une main. Dans cette étude, nous avons imprimé un appareil électronique directement sur la peau. Cela n’a jamais été fait auparavant. L’imprimante compense à la fois la topologie de la main et le mouvement de la main. Vous disposez donc de la multifonctionnalité, vous avez un suivi, vous avez des surfaces complexes et vous avez une correspondance de dispositif anatomiquement précise. C’est ce qui le rend unique.

F: L’étude mentionne spécifiquement les applications militaires de cette technologie. Parlez-nous en plus.

MM: L’idée clé que nous avons eue en parlant aux militaires était qu’ils étaient intéressés par ce concept appelé «autonomie», c’est-à-dire les systèmes détachés de la grille, mais qui ont toujours une sorte de fonctionnalité. Dans ce cas particulier, vous pouvez imaginer l’outil d’impression 3D comme un couteau suisse pour sa fonctionnalité. Un soldat peut le transporter dans son sac à dos, le sortir sur le terrain et imprimer tout type d’appareil en utilisant uniquement des matières premières introduites dans l’imprimante.

Il est donc autonome car vous n’avez besoin que de l’imprimante pour créer un appareil. Vous pouvez commencer à penser à imprimer des dispositifs de sauvetage sur le corps, comme un panneau solaire au poignet, ou un capteur de guerre chimique ou biologique sur un bras. L’imprimante que nous utilisons coûte moins de 400 dollars, elle est assez légère et compacte, donc elle peut s’intégrer dans un sac à dos.

DARPA veut sauver la vie des soldats en ralentissant leurs processus biologiques

F: Comment cette technologie sera-t-elle utilisée en médecine ?

MM: Il y a des implications énormes pour la médecine, en particulier pour les intervenants d’urgence. Pour le moment, en cas d’accident, le patient doit attendre sur les lieux de l’accident pour que l’ambulance se présente. Ensuite, l’ambulance doit les emmener jusqu’à l’hôpital. Donc, il peut s’écouler une demi-heure ou plus avant qu’un traitement réel ait lieu. Mais si vous pouviez apporter l’imprimante au patient et imprimer un appareil biomédical directement sur le patient sur le lieu de l’accident, cela changerait la donne.

Nous avons également imprimé des cellules sur la plaie d’une souris. Nous avons collaboré avec le doyen de la faculté de médecine, Jajub Tolar, qui travaille sur une maladie cutanée rare où la couche épidermique se décolle suite à une maladie génétique. Nous avons pu imprimer des cellules régénératives sur la plaie de la souris pendant que la souris bougeait.

F: Passons aux applications civiles. Imaginez un monde dans cinq ou dix ans, où les imprimantes comme celles-là sont plus omniprésentes, plus accessibles. Comment pourraient-elles être utilisées dans la vie quotidienne ?

MM: J’ai récemment donné une conférence lors d’une foire scientifique où des groupes d’enfants et de parents étaient présents. La première question que j’ai posée était : «Combien d’entre vous savent ce qu’est l’impression 3D ?» Et à peu près tout le monde dans la pièce a levé la main. Maintenant, la deuxième question que j’ai posée était : «Combien d’entre vous ont déjà utilisé une imprimante 3D ?» Tous les parents ont baissé les mains, mais les enfants avaient toujours les mains en l’air. Alors j’ai demandé : «Est-ce parce que tu l’utilises dans ta classe ?» Et ils ont tous dit oui. Alors, j’ai demandé : «Combien d’entre vous possèdent une imprimante 3D ?» Et presque tout le monde a baissé les mains.

Bien que ces choses soient abordables et accessibles, personne ne les achète, car personne ne veut imprimer de plastique dur. Cela ne sert à rien. Même les enfants ne se soucient pas vraiment de ça. Ils peuvent imprimer un jouet qui ne fait absolument rien. Puis j’ai demandé: «Et si vous pouviez imprimer des composants électroniques sur votre peau? Et si vous pouviez imprimer votre prochain iphone ou votre prochaine smartwatch directement sur votre poignet? Combien d’entre vous iraient alors acheter une imprimante? »Et alors tous les enfants ont levé leurs mains. C’est le rêve de tous les enfants d’imprimer toutes sortes de lumières clignotantes et d’appareils électroniques sur leur peau. C’est une idée étrange d’avoir des tatouages électroniques sur toute la peau, mais les enfants vont le faire. Et puis les adultes vont le faire aussi.

F: Où ira ce type de technologie à long terme ?

MM: Toutes ces technologies que nous développons mèneront à l’ère post-informatique. En gros, vous passez de la 2D à la 3D [des puces à un circuit intégré], ce qui est essentiellement ce que la biologie est. Donc, la fusion de l’électronique et de la biologie va se produire. Les questions de confidentialité ou d’éthique qui en découlent ne seront pas très différentes de celles que nous avons avec l’électronique actuelle.

F: Quel est le prochain gros problème ou la prochaine opportunité que vous voulez aborder dans ce domaine ?

MM: Nous sommes particulièrement enthousiasmés par l’idée de la réparation nerveuse [renouveler ou régénérer les tissus endommagés pour restaurer le fonctionnement du système nerveux]. Nous avons déjà publié des recherches sur la réparation des nerfs périphériques.

Nous travaillons également sur la réparation des nerfs centraux ou la réparation de la moelle épinière. À l’heure actuelle, il existe toutes sortes d’approches différentes pour traiter les lésions de la moelle épinière, de l’inclusion des échafaudages et des cellules souches à l’introduction de molécules et de gradients biochimiques pour favoriser la régénération. Notre outil d’impression offre une solution tout-en-un, car vous pouvez imprimer une matrice ou échafaudage (scaffolds, charpentes en polymères ayant des structures tridimensionnelles qui guident la croissance cellulaire) et imprimer des cellules dans cet échafaudage. Vous pouvez également imprimer des indices biochimiques et des composants électroniques dans l’échafaudage pour les stimuler. Et puis, bien sûr, vous pouvez adapter l’échafaudage pour qu’il soit anatomiquement spécifique et anatomiquement précis au patient. Avoir un outil tout-en-un qui combine toutes les technologies existantes utilisées pour traiter ces blessures pourrait avoir des implications énormes pour les patients.

→ Ingénierie tissulaire : Obtention des tissus artificiels

F: C’est drôle, nous parlons beaucoup de la technologie qui remplace la biologie dans le futur. Mais j’aime vraiment l’idée de la technologie créant la biologie.

MM: ou en l’augmentant. Avec notre outil d’impression 3D, vous pouvez potentiellement intégrer l’électronique avec des organes pour faire les choses que les organes normaux ne peuvent pas faire. Le tout premier article que nous avons publié dans l’espace d’impression 3D était intitulé «3D Printed Bionic Ears (Oreilles bioniques imprimées en 3D)». Nous y avons montré que vous pouviez fusionner des cellules avec l’électronique. C’était très grossier mais nous avons prouvé que nous pouvions fabriquer un organe bionique fonctionnel, capable d’écouter de la musique au-delà de la fréquence normale de l’audition.

Nous avons récemment achevé un projet similaire avec des modèles d’organes, où nous avons réalisé des modèles d’organes réalistes qui ont été imprimées en 3D, mais qui semblaient être l’organe lui-même. Ils ont été fabriqués à partir d’un polymère souple. Alors, imaginez une personne qui a récemment souffert d’une insuffisance hépatique. Avec ce type de technologie, au lieu de remplacer leur foie par une version cellulaire, il n’est peut-être pas nécessaire d’avoir des cellules ou de la biologie. Peut-être que cela peut être purement synthétique, et peut-être qu’il pourrait mieux fonctionner qu’un foie normal – un organe augmenté.

Futurism

A la découverte de l’immortalité : Une vie sans fin

Le héros rencontre les plus grands chercheurs en longévité humaine (les professeurs Buganim, Antonarakis, Choulika, Alexandre, Saldmann, Church) en Israël, en Suisse, en Autriche, en France et aux États-Unis. Il fait le tour des recherches de pointe légales ou illégales (rajeunissement des cellules, rétrécissement des télomères, injection de cellules souches, oxygénation du sang, crisperisation de l’ADN, impressions d’organes en 3D, greffe d’organe de porc humanisé, implants d’intelligence artificielle, fusion homme-robot par stockage numérique sur l’ADN) destinées à conduire à brève échéance (2030 ?) au remplacement d’homo sapiens par une nouvelle espèce, la post-humanité…

Les guerres pour le pétrole ou le réchauffement climatique ne sont qu’un avant-goût des futures guerres du sang entre les vieux riches et les jeunes pauvres, puis entre les immortels et les mortels. Car si l’on vit deux ou trois cents ans, il faudra faire de la place sur la planète : qui aura le droit de rester vivant ?

« La vie est une hécatombe. 59 millions de morts par an. 1,9 par seconde. 158 857 par jour. Depuis que vous lisez ce paragraphe, une vingtaine de personnes sont décédées dans le monde – davantage si vous lisez lentement. L’humanité est décimée dans l’indifférence générale. Pourquoi tolérons-nous ce carnage quotidien sous prétexte que c’est un processus naturel ? Avant je pensais à la mort une fois par jour. Depuis que j’ai franchi le cap du demi-siècle, j’y pense toutes les minutes. Ce livre raconte comment je m’y suis pris pour cesser de trépasser bêtement comme tout le monde. Il était hors de question de décéder sans réagir. »

Romancier, Frédéric Beigbeder est notamment l’auteur de L’amour dure trois ans, 99 Francs, Windows on the world (prix Interallié 2003), Un roman français (Prix Renaudot 2009). Journaliste, il tient le feuilleton littéraire du Figaro Magazine. Il est chroniqueur dans la Matinale de France Inter et également pour El Pais Icon (Espagne), Interview (Allemagne), Esquire (Russie).

Contrairement aux apparences, ceci n’est pas un roman de science-fiction.

[Extraits] Une vie sans fin de Frédéric Beigbeder

Une nouvelle bio-imprimante facilite la fabrication en 3D de la chair et des os

credit: biobot2.com

La bio-imprimante 3D idéale, selon Y. Shrike Zhang, spécialiste en génie tissulaire, ressemblerait à une machine à pain : « Elle aurait quelques boutons sur le dessus et on en pousserait un pour choisir le tissu d’un cœur ou celui d’un foie. » Par la suite, Zhang pourrait vaquer à ses occupations tandis que la machine produirait des couches complexes de cellules et autres matières.

Cette technologie n’est pas encore tout à fait au point. Mais la nouvelle imprimante BioBot 2 semble avoir pris un pas dans cette direction. Cet appareil de table comprend une série de nouvelles fonctionnalités conçues pour procurer aux utilisateurs un contrôle simple d’une puissante machine, y compris une calibration automatisée, six têtes d’impression pour six différentes bio-encres, une précision de positionnement d’un micromètre sur les axes x, y, et z, et une interface de logiciel conviviale qui gère le processus d’impression du début à la fin.

Le cofondateur et chef de la direction de BioBots, Danny Cabrera, atteste que les caractéristiques du BioBot 2 sont le fruit d’une collaboration avec des chercheurs en génie tissulaire.

« Pour faire avancer cette technologie, nous devions faire plus que développer un nouveau robot » — Danny Cabrera, chef de la direction de BioBots

« Au cours de la dernière année et demie, nous avons travaillé de près avec des scientifiques pour comprendre ce dont ils avaient besoin pour faire avancer la technologie, dit-il, nous nous sommes aperçus qu’une simple bio-imprimante ne suffisait pas, ils avaient besoin de plus, nous devions donc développer plus qu’un nouveau robot. »

Le logiciel de la société se trouve dans le cloud, ce qui facilite le téléchargement des paramètres d’impression par les utilisateurs, paramètres qui sont transposés par le système en protocoles pour la machine. Après l’impression du tissu, le système peut utiliser des caméras intégrées et un logiciel de vision informatisée pour conduire des analyses de base. Par exemple, il peut calculer le nombre de cellules vivantes par rapport à celui des cellules mortes d’un tissu imprimé ou mesurer la longueur des axones de neurones imprimés. « Cette plateforme leur permet de mesurer la façon dont les différents paramètres d’impression, comme la pression ou la résolution cellulaire, affectent la biologie du tissu », déclare Cabrera.

Le BioBot 1 a fait son apparition sur le marché en 2015 et se vend à 10 000 $ US. L’entreprise accepte maintenant des commandes pour le BioBot 2 à 40 000 $ US, et en prévoit sa distribution plus tard cette année.

Chacune des têtes d’impression du BioBot 2 peut refroidir sa bio-encre à 4 degrés Celsius ou la chauffer à 200 degrés Celsius. La température du plateau d’impression peut également être contrôlée et celui-ci est équipé de lumières visibles et ultraviolettes qui déclenchent la réticulation des matériaux pour solidifier les formes imprimées.

Cabrera affirme que le contrôle de température facilite l’impression du collagène, principale composante des os et des tissus conjonctifs, parce que la réticulation se fait à basse température. « Beaucoup d’utilisateurs trafiquent leur bio-imprimante pour qu’elle puisse imprimer le collagène, note Cabrera, certains la placent dans le réfrigérateur ».

Bien que certains chercheurs ne souhaiteront pas utiliser les six têtes d’imprimante pour concevoir des tissus composés de six différents matériaux, Cabrera estime que cette conception permet aussi aux chercheurs de multiplexer les expériences. Par exemple, si des chercheurs expérimentent la concentration de cellules dans une bio-encre, cette fonctionnalité leur permet de tester simultanément six différentes versions. « Des semaines de travail peuvent être épargnées si vous attendez que vos cellules se développent entre chaque expérience », mentionne Cabrera.

En outre, la machine peut déposer la matière non seulement dans une boîte de Petri, mais aussi sur une plaque de culture cellulaire munie de plusieurs petites cupules. Grâce à une plaque de 96 cupules, « vous pouvez conduire 96 petites expériences », indique Cabrera.

L’un des objectifs à long terme du bioprinting est de procurer aux médecins la capacité d’appuyer sur un bouton pour imprimer une feuille de peau pour un patient brûlé ou pour façonner avec précision un greffon osseux pour un patient défiguré dans un accident. De telles impressions ont été réussies en laboratoire, mais ne sont pas prêtes d’obtenir l’approbation réglementaire. Un objectif encore plus à long terme est celui de procurer aux médecins la possibilité d’imprimer des organes de remplacement complets, mettant fin à l’insuffisance d’organes disponibles pour la transplantation, mais cette éventualité reste aujourd’hui du domaine de la science-fiction.

En attendant ces applications, les bio-imprimantes 3D trouvent toutefois leur utilité auprès des chercheurs en biomédecine.

Zhang a conduit des expériences avec une version bêta du BioBot 1 alors qu’il travaillait au laboratoire d’Ali Khademhosseini à l’école de médecine de Harvard. Il a utilisé des bio-imprimantes pour créer des structures d’organes intégrés sur puce, qui imitent la nature intrinsèque d’organes comme le cœur, le foie ou les vaisseaux sanguins grâce à des couches d’espèces de cellules souhaitées imprimées selon des schémas complexes. Ces petites puces peuvent être utilisées pour le dépistage systématique des drogues ou des recherches médicales de base. Avec la version bêta du BioBot, Zhang a créé une « thrombose intégrée sur puce », où des caillots se sont formés à l’intérieure de vaisseaux sanguins miniatures.

Maintenant professeur en médecine et bioingénieur adjoint à la Brigham and Women’s Hospital de Boston, Zhang affirme être intrigué par le BioBot 2. Sa capacité de faire des impressions avec de multiples matériaux est séduisante, dit-il, parce qu’il souhaite reproduire des tissus complexes composés de différentes espèces de cellules. Mais il ne sait toujours pas s’il en commandera une. Comme dans bien des aspects de la science, « tout repose sur le financement », déclare-t-il.

Photo: EnvisionTec

Le BioBot 2 est la bio-imprimante la moins dispendieuse sur le marché.

Les machines haut de gamme utilisées par les chercheurs souhaitant une précision à l’échelle du nanomètre coûtent habituellement environ 200 000 $ — comme la 3D-Bioplotter d’EnvisionTec. Cette grosse machine a été utilisée pour des recherches tout juste présentées, où des scientifiques de la Northwestern University ont imprimé en 3D une structure semblable à un ovaire de souris. Lorsqu’ils l’ont ensemencé d’ovules miniatures et implanté dans une souris, l’animal a donné naissance à des souriceaux.

Photo: Cellink

Mais il existe d’autres bio-imprimantes qui font concurrence à la BioBot sur le plan monétaire. Notons plus particulièrement une compagnie suédoise appelée Cellink, qui vend une bio-imprimante de la taille de trois ordinateurs pour un prix variant entre 10 000 $ et 40 000 $.

Il y a aussi la jeune entreprise de San Francisco, Aether, qui a tout récemment commencé à vendre des unités bêta à des chercheurs pour essais et commentaires. L’entreprise a promis de lancer la commercialisation de sa Aether 1 cette année, pour seulement 9 000 $.

Photo: Aether

La principale source de concurrence pourrait ne pas provenir des autres entreprises, mais plutôt de la tendance des bioingénieurs à bricoler leurs machines. « Nous prenons habituellement une imprimante de base quelconque et produisons nos propres têtes d’imprimante et bio-encres », affirme Zhang.

Mais pour les chercheurs en biologie qui ne sont pas des ingénieurs, le BioBot 2, selon Zhang, pourrait leur permettre d’accroître considérablement leurs capacités. Ce serait comme de donner à un phobique de la cuisine la capacité soudaine de cuire à la perfection une miche de blé entier.

Traduction Stéphanie S.

IEEE Spectrum

Des sénateurs en apprennent davantage sur la robotique et l’intelligence artificielle dans le système de santé

Le lundi 15 mai, les membres du Comité sénatorial des affaires sociales, des sciences et de la technologie se sont rendus à l’Université et à l’Hôpital d’Ottawa et ont tenu une mission d’étude dans le cadre de leur étude sur le rôle de la robotique, de l’intelligence artificielle et l’impression 3D dans le système de santé, dans les secteurs des soins directs et indirects aux patients et des soins à domicile.


Sénat du Canada

Des ovaires obtenus par impression 3D ont donné naissance à une progéniture en pleine santé

Des bioprothèses d’ovaires ont permis à des souris initialement stériles de donner naissance à des souriceaux.

Si l’on en croit l’étude menée par la Northwestern University Feinberg School of Medicine et la McCormick School of Engineering, le nouveau monde des organes imprimés en 3D comprend maintenant des structures ovariennes qui, fidèles à leur conception, sont réellement capables d’ovuler.

La souris femelle à laquelle on a enlevé un ovaire en le remplaçant par une bioprothèse d’ovaire, n’a pas seulement été capable d’ovuler mais elle a également donné naissance à des souriceaux en parfaite santé. En outre, les mamans ont été capables d’allaiter leurs petits.

Les bioprothèses d’ovaires sont faites de structures imprimées en 3D abritant des œufs immatures, et ont réussi à stimuler la production d’hormones et restaurer la fertilité des souris, ce qui constituait l’objectif ultime de ces travaux.

“Ces recherches montrent que les bioprothèses d’ovaires fonctionnent durablement sur le long terme” a confié Teresa K. Woodruff, scientifique spécialiste de la reproduction et directrice du Women’s Health Research Institute à Feinberg. “Utiliser la bio-ingénierie plutôt que la transplantation à partir de cadavres, pour créer des structures organiques fonctionnelles capables de restaurer l’état de santé du tissu du receveur constitue le saint graal de la bio-ingénierie en médecine régénérative”.

La recherche a été publiée le 16 mai dans Nature Communications.

Dans quelle mesure ces recherchent diffèrent d’autres structures réalisées par impression 3D ?

Ce qui fait que ces travaux sont vraiment à part, réside dans l’architecture du squelette (ou échafaudage) et du matériel, ou « encre » que les scientifiques utilisent, a expliqué Ramille Shah, professeur assistante en matériaux scientifiques et ingénierie au McCormick et en chirurgie à Feinberg.

Ce matériau est de la gélatine, un hydrogel biologique fabriqué à partir de collagène décomposé, pouvant être utilisé en toute sécurité chez l’humain. Les scientifiques savaient que, quel que soit l’échafaudage qu’ils créeraient, il était nécessaire qu’il soit réalisé à partir de matériaux organiques suffisamment rigides pour être manipulés pendant la chirurgie, mais aussi suffisamment poreux pour interagir naturellement avec les tissus du corps de la souris.

« La plupart des hydrogels sont très fragiles du fait qu’ils sont majoritairement constitués d’eau, et vont donc s’effondrer sur eux-mêmes » explique Shah. « Mais nous avons trouvé une température pour la gélatine qui permet à cette dernière de s’autoporter, de ne pas s’effondrer, et permet la réalisation de structures multicouches. Personne d’autre n’a été capable d’imprimer de la gélatine selon une géométrie aussi précise et autoportante ».

Cette géométrie permet de vérifier directement si les follicules ovariens (des cellules organisées produisant des hormones et entourant une cellule-œuf immature) peuvent, ou pas, survivre dans l’ovaire. C’est l’une des découverte-clés de cette étude.

“C’est la première étude qui démontre que l’architecture en échafaudage fait la différence dans la survie du follicule”, affirme Shah. “Nous ne serions pas capables de faire cela si nous n’utilisions pas un programme d’impression 3D”.

Quel impact chez les êtres humains ?

L’unique objectif des scientifiques en développant ces ovaires bioprothèses était d’aider à restaurer la fertilité et la production d’hormones chez des femmes qui avaient souffert de traitements contre le cancer à l’âge adulte ou qui avaient survécu à des cancers lors de l’enfance et présentent aujourd’hui des risques élevés d’infertilité et de problèmes de développement liés à des hormones.

« Ce qui se passe avec nos patientes atteintes de cancer est que leurs ovaires ne fonctionnent pas suffisamment et qu’elles ont besoin de thérapies de substitution hormonale afin de déclencher la puberté » explique Monica Laronda, co-auteur principal de ces travaux et précédemment étudiante en post-doctorat au Laboratoire Woodruff. « Le but de cet échafaudage est de récapituler comment fonctionne un ovaire. Nous voyons large, c’est-à-dire que nous prenons en considération tous les stades de la vie d’une femme, donc de la puberté à la ménopause en passant par l’âge adulte ».

Laronda est maintenant professeur assistante au Stanley Manne Children’s Research Institute au Ann & Robert H. Lurie Children’s Hospital.

En outre, la fabrication réussie d’implants imprimés en 3D afin de remplacer des tissus mous complexes a un impact significatif sur le travail à venir relatif à la médecine régénérative des tissus mous.

Techniquement, comment fonctionne l’impression biologique 3D ?

Imprimer une structure ovarienne en 3D ressemble à un enfant jouant avec un Lincoln Logs (jeu de construction) explique Alexandra Rutz, co-auteur principal de l’étude et diplômée de bioingénierie médicale au laboratoire Tissue Engineering and Additive Manufacturing (TEAM) lab au Simpson Querrey Institute, coordonné par Shah. Les enfants peuvent entreposer les rondins à angle droit pour former des structures. En fonction de l’espacement entre les rondins, la structure change pour construire une fenêtre, une porte…

“L’impression 3D est réalisée en déposant des filaments” explique Rutz, qui est maintenant post-doctorante dans le cadre du Whitaker International Postdoctoral Scholar à l’École Des Mines De Saint-Étienne à Gardanne, France. Vous pouvez contrôler la distance entre ces filaments, ainsi que l’angle de progression entre les couches, et cela nous permet d’obtenir des pores de tailles et géométrie différentes.

Au laboratoire de Northwestern, les chercheurs appellent ces structures imprimées en 3D des « échafaudages », et les comparent aux échafaudages qui entourent temporairement un bâtiment pendant sa rénovation.

« Tout organe possède un squelette » explique Woodruff, qui est également Professeur d’obstétrique au Thomas J. Watkins Memorial et membre du Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center de la Northwestern University. « Nous avons appris à quoi ressemblait le squelette d’un ovaire et nous nous en sommes servis comme modèle pour réaliser la bioprothèse ovarienne qui serait implantée ».

Dans un bâtiment, les échafaudages soutiennent les matériaux nécessaires à la réparation du bâtiment jusqu’à ce qu’ils soient démontés. Ce qui reste est une structure capable de se tenir droite toute seule. De la même manière, l’échafaudage, ou squelette imprimé en 3D, est implanté dans une femelle et ses pores peuvent être utilisés pour optimiser l’insertion des follicules, ou des œufs immatures, dans l’échafaudage. Ce dernier permet la survie des cellules-œufs immatures de la souris ainsi que les cellules qui produisent les hormones accélérant la production d’œufs. La structure ouverte laisse suffisamment d’espace aux cellules-œufs pour qu’elles murissent jusqu’à l’ovulation. Cela s’applique également aux vaisseaux sanguins qui se développent à l’intérieur de l’implant permettant aux hormones de circuler dans le système sanguin de la souris et déclencher la lactation après que la souris ait donné naissance à ses petits.

La collaboration exclusivement féminine McCormick-Feinberg pour ces travaux a été « très fructueuse » confie Shah, et d’ajouter que c’était motivant de faire partie d’une équipe de femmes menant des recherches visant à trouver des solutions à des problèmes de santé de femmes.

« Ce qui rend ce travail collaboratif, ce sont les personnages, et la possibilité de trouver de la bonne humeur au sein de cette étude » confie Shah. « Teresa et moi avons ri à l’idée que nous étions les grands-mères de ces souriceaux ».

traduction Virginie Bouetel

Northwestern University

Drépanocytose : rémission des signes de la maladie chez le premier patient au monde traité par thérapie génique

crédit docteurclic

Une équipe dirigée par le Pr. Marina Cavazzana a réalisé à l’hôpital Necker-Enfants malades, AP-HP et à l’Institut Imagine (AP-HP/Inserm/Université Paris Descartes) en octobre 2014 une thérapie génique dans le cadre d’un essai clinique de phase I/II chez un patient de 13 ans atteint de drépanocytose sévère (forme grave d’anémie chronique d’origine génétique). Menée en collaboration avec le Pr. Philippe Leboulch (CEA/Facultés de médecine de l’université Paris-Sud et de l’université d’Harvard) qui a mis au point le vecteur utilisé et dirigé les études précliniques, ce traitement novateur a permis la rémission complète des signes cliniques de la maladie ainsi que la correction des signes biologiques. Les résultats (suivi de 15 mois après la greffe) font l’objet d’une publication dans le New England Journal of Medicine le 2 mars 2017 et confirment l’efficacité de cette thérapie d’avenir.

« Nous souhaitons, avec cette approche de thérapie génique, développer de futurs essais cliniques et inclure un nombre important de patients souffrant de drépanocytose, en Ile-de-France et sur le territoire national » indique le Pr. Marina Cavazzana.

Gene Therapy in a Patient with Sickle Cell Disease; N Engl J Med 2017; 376:848-855March 2, 2017 DOI: 10.1056/NEJMoa1609677

lire le communiqué de presse 

© Illustration : A. Dagan pour le Journal du CNRS, d’après Catherine Caillaud

Une technologie de bio-impression révolutionnaire produit des battements cardiaques

The Heart Research Institute’s 3D cell printer.
Supplied: HRI

Des chercheurs du Heart Research Institute (HRI) ont mis au point une bio-imprimante 3D, (3D bioprinter), le premier du genre en Australie, qui pourrait remplacer les cellules endommagées d’un patient après une crise cardiaque.

«Les patients nous fourniraient des cellules de leur peau lorsqu’ils viennent à la clinique», a expliqué le Dr Carmine Gentile, scientifique de l’HRI. «Ces cellules peuvent générer des cellules souches et des cellules cardiaques.» La pièce des cellules cardiaques battantes produite peut être collée directement à un organe endommagé suite à une attaque. Afin d’être sûr que ce patch (la pièce) est de la bonne taille et forme, le cœur de chaque patient est d’abord numérisé pour cartographier les dommages.

D’après Gentile, «les cellules se comport[ai]ent comme un cœur réel. C’est une constatation frappante que nous avons pu identifier dans notre laboratoire.»

Initialement, une méthode utilisée pour produire divers outils et équipements, l’impression 3D a été rapidement adaptée à la médecine. Cependant, tous les bioprinteurs sont encore expérimentaux, puisque leur production n’a pas encore été rigoureusement testé par des experts médicaux.

Le bioprinting (bio-impression) est sans doute plus efficace que les méthodes actuelles à faire face aux crises cardiaques, qui obligent à ouvrir les vaisseaux cardiaques pour faciliter l’augmentation du débit sanguin. Théoriquement, cette méthode d’impression et de correction devrait fonctionner pour tous les patients sans crainte de rejet.

«Nous n’avons pas réussi à trouver une solution pour remplacer le muscle cicatriciel ou pour régénérer les cœurs. C’est le Saint Graal de la recherche cardiovasculaire en ce moment et ce n’est qu’une solution excitante potentielle », a déclaré Gemma Figree, cardiologue de la Kolling Institute.

Ceci est particulièrement pertinent puisque, selon la Heart Foundation, une personne souffre d’une crise cardiaque toutes les 34 secondes aux États-Unis, tandis que quelqu’un meurt d’une maladie cardiaque toutes les 60 secondes. Les coûts des maladies cardiaques s’élèvent à 320,1 milliards de dollars, en prenant en compte la perte de productivité et les dépenses de santé.

Les experts de l’HRI croient que les cellules cardiaques synthétiques pourraient même être utilisées pour tester les médicaments, en particulier les effets secondaires qui pourraient affecter le patient. Selon les chercheurs, ces méthodes bioprinting pourraient être disponibles d’ici environ cinq ans. Le processus sera cependant coûteux, car il est coûteux de collecter du matériel biologique pour la bio-impression 3D d’un patch.

traduction Thomas Jousse

ABC News, The Heart Foundation, Futurism

L’avenir synthétique : un centre révolutionnaire 3D imprime des tissus et des organes humains

La plupart des développements en cours dans le domaine du bioprinting proviennent de laboratoires individuels qui publient des résultats issus d’un laboratoire contrôlé. À l’heure actuelle, rarement les instituts de recherche eux-mêmes se spécialisent en 3D bioprinting. Au lieu de cela, il y a une séparation entre ceux qui font le travail et ceux qui utilisent les fruits de ce travail.

Grâce à cette technologie émergente, l’Université de technologie de Queensland (QUT), en partenariat avec l’hôpital et le service de santé Metro North, a annoncé la création d’un « institut de biofabrication » qui va scanner, modéliser et imprimer en 3D des tissus spécifiques aux patients dans un seul bâtiment.

Animation of what the Biofabrication Institute would look like
Credit: Queensland University of Technology

L’institut occupera deux étages à la Cité de santé de Herston et sera capable de réaliser les principaux processus du bioprinting, à savoir : l’examen clinique, la modélisation 3D et l’ingénierie tissulaire. Il contiendra également des espaces d’apprentissage et un centre d’innovation.

Le ministre de la Santé, Cameron Dick, a exprimé son optimisme sur cette initiative, affirmant dans le Brisbane Times qu’il rassemblera divers experts dans le domaine de la médecine, de la science et de l’ingénierie pour « offrir les meilleurs résultats aux patients ».

Cet institut, inauguré en 2017, va catapulter le Queensland sur la scène mondiale en tant que chef de file dans l’innovation médicale et la technologie qui changeront le visage des soins de santé.”

L’objectif final de cet institut, selon Mia Woodruff, professeur associée de biofabrication et de morphologie tissulaire de l’Université de Technologie de Queensland, est l’impression 3D d’un organe. L’institut pourrait accélérer les développements en bioprinting, qui peut finalement signifier la différence entre la vie et la mort pour les personnes attendant un donneur d’organe.

Woodruff dit que les organes imprimés en 3D sont prélevés sur le tissu d’un patient et, à cette fin, ne sont pas rejetés par l’organisme, ce qui élimine la nécessité d’implants métalliques ou d’antibiotiques étendus.

Les listes de greffes d’organes sont sans fin en ce moment et nous voulons être en mesure d’aider ces personnes.

Les autres avantages sont des prothèses beaucoup plus personnalisées, des médicaments adaptés à un patient et des os imprimés en 3D.

Brisbane Times, Queensland University of Technology