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Lycée Bellevue, année 2014-2015 1 ère S6 GERMANY Julie MARLET Aude NERET Laury Thème : Santé et bien-être Sujet : Imprimante 3D et médecine Problématique : Comment l’imprimante 3D peut-elle représenter un progrès pour la médecine moderne ? 1

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Lyce Bellevue, anne 2014-2015

1reS6 GERMANY JulieMARLET AudeNERET Laury

Thme: Sant et bien-tre

Sujet: Imprimante 3D et mdecine

Problmatique: Comment limprimante 3D peut-elle reprsenter un progrs pour la mdecine moderne?

SOMMAIRE:

INTRODUCTION .....Page 3

I-Qu est-ce-que limprimante 3D?.........................................Page 3-10 I.1. Dfinition...Page 3 I.2. Son histoire.Page 4 I.3. Ses avantages et inconvnients..Page 5-6 I.4. Ses diffrentes techniques dimpression...Page 7-8 I.5. Ses domaines dapplication...Page 9-10

II-Imprimante 3D et mdecine....Page 11-16 II.1. Les premires applications de limpression 3D.Page 11-14 II.1.1 Cas de Kaiba Gionfriddo...Page 12-13 II.1.2 Cas de Mme Sun...Page 13 II.1.3 Cas dune Nerlandaise...Page 13-14 II.2. Limpression du vivant ...................................................Page 14-16

CONCLUSION.....Page 17

SOURCES..Page 20

IntroductionDe la nourriture, des organes, des maisons et bientt mme des voitures. Limprimante 3D se dmocratise. Cette technologie de fabrication en trois dimensions est une technique rvolutionnaire. Jusqualors limit aux industriels sous forme de grosse machine, ce procd, profitant du dveloppement des technologies numriques, est maintenant la porte de tous et facilite la cration si bien que chacun peut devenir le propre designer des ses objets. Pour de nombreux scientifiques, limprimante 3D est linnovation technologique du sicle.

I-Qu est-ce-que limprimante 3D?

1- DfinitionUne imprimante tridimensionnelle, ou imprimante 3D, est une technologie base sur une technique de fabrication additive dveloppe et rapide. Cest--dire lassemblage de trs fines couches imprimes qui se superposent, soit par dpt de matire soit par solidification de la matire, afin d'obtenir un objet en trois dimensions. Cela s'effectue partir d'un outil de CAO (Conception Assiste par Ordinateur) et dans un temps trs court.

2- Son histoire

3- Ses avantages et inconvnients

Avantages de l'imprimante 3D

Fabriquer des objets de toutes sortesLe principe mme de l'imprimante 3D grand public est de permettre aux particuliers de crer leurs propres objets en plastique. Ainsi, il est par exemple possible de fabriquer de la vaisselle en plastique, donc incassable, mais aussi des jouets pour les enfants. L'imprimante 3D est donc un excellent outil pour dvelopper la crativit.

Rparer ses objets casssBien souvent, lorsqu'un appareil lectromnager est cass, le premier rflexe est de se rendre au magasin ou sur internet pour racheter un autre modle, les pices dtaches tant souvent introuvables. Avec l'imprimante 3D, chaque utilisateur a la possibilit de modliser sur son ordinateur la pice qui lui manque, puis de la crer en relief. L'imprimante 3D est alors perue comme un outil anticonsumriste permettant de vaincre lobsolescence.

Crer une communautL'arrive de l'imprimante 3D sur le march grand public a fait natre une nouvelle communaut, les makers . Cette communaut regroupe les amateurs et les concepteurs d'objets fabriqus via l'impression 3D. L'un des espoirs de cette communaut est de participer la cration d'un mouvement solidaire.

L'amlioration des conditions de vieGrce l'imprimante 3D, des progrs considrables pourraient tre apports aux conditions de vie de chacun, notamment des personnes prsentant un handicap. L'imprimante 3D grand public pourrait alors permettre chacun de trouver une solution adapte son problme et de la fabriquer sur mesure et moindre cot, puisque le prix d'une cartouche en plastique est gnralement infrieur 60 euros.

Outre les prcieux avantages offerts par l'imprimante 3D, cet appareil prsente galement quelques limites, notamment dans sa version grand public.

Limites de l'imprimante 3D La potentielle cration d'armesAvec l'apparition des imprimantes 3D pour particuliers, la question de la fabrication d'armes se pose. En effet, une socit a dj propos des plans imprimer en 3D pour crer des armes, et certains internautes ont post des vidos prsentant leurs crations dans ce domaine. Toutefois, certains logiciels permettent d'empcher les imprimantes 3D de crer ce genre d'objets, selon le mme principe que celui des imprimantes classiques qui ne peuvent pas imprimer de faux billets.

La matrise des logicielsS'il existe des modles prts l'emploi disponibles sur internet ou fournis par les fabricants, l'intrt des imprimantes 3D rside dans la possibilit de crer des objets sur mesure. Or, la fabrication de tels objets ncessite la matrise de logiciels de modlisation 3D, qui sont souvent peu intuitifs et difficiles comprendre pour un utilisateur classique.

4- Les diffrentes techniques dimpression

Il existe une douzaine de procds permettant d'imprimer des objets en 3D. Si les techniques sont diffrentes sur la forme, le principe est le mme. Il consiste superposer des couches de matires de trs fine paisseur avec limprimante 3D selon les coordonnes X et Y transmises par le fichier 3D. Voici les principaux procds: le dpt de matire en fusion (FDM: Fused Deposition Modeling), la Strolithographie (SLA) et le frittage laser (SLS: Selective Laser Sintering).

La FDM (Fused Deposition Modeling)

La majorit des imprimantes 3D dites personnelles fonctionnent selon ce principe qui est simple. Le matriau, souvent prsent sous forme de bobine, est chauff, fond et se dpose sur un support couche par couche. Une fois sur le support, les gouttes de matire durcissent quasi-immdiatement en se fondant avec les couches infrieures.La FDM offre lavantage dtre abordable, compar dautres procds, de pouvoir produire des pices complexes difficiles raliser avec des mthodes traditionnelles. Outre la facilit et la vitesse du procd, elle permet aussi lutilisation dune grande diversit de matires premires et de couleurs.

La strolithographie (SLA)

SLA, signifiant Strolithographie Apparatus, est la premire technologie d'impression 3D, apparue en 1986.Elle consiste solidifier un liquide photosensible par le biais dun rayon laser ultraviolet, qui apporte la longueur donde ncessaire pour durci le matriau. Lempilement successif de couches pouvant aller jusqu 0,05 mm permet de fabriquer les pices, par ajout de matire. La faible paisseur de couche, le matriau de base sous forme liquide ainsi que la grande finesse du faisceau laser permet dobtenir des pices trs prcises avec un niveau de dtails plus pouss.

Le frittage laser (SLS)Cette technique est galement dun processus dimpression par laser. La diffrence entre ce procd et la SLA se situe au niveau du matriau, qui nest plus liquide mais sous forme de poudre de plastique, de cramique, de verre ou de mtal. Le laser frappe les particules de poudre qui, sous leffet de la chaleur vont fondre, se fusionner entre elles, durcirent et se relier aux couches infrieures. Le frittage laser permet de fabriquer des pices avec un niveau de dtail assez lev et gomtrie complexe. De plus, la poudre restante qui naura pas t passe au laser pourra tre rutilise la fois suivante. Gnralement les pices obtenues avec ce processus demande des finitions (ponage, peinture, vernis) du fait du rendu un peu granuleux.

5- Ses domaines dapplication

Les domaines dapplication de limprimante 3D sont divers et multiples. Les principaux sont:

-lAronautique: De nombreuses pices, imprimes par une imprimante 3D sont dj utilises dans le domaine, notamment une buse entirement imprime avec cette nouvelle technologie qui a rsist aux tests de la Nasa. Aprs la ralisation dlments dun racteur de fuse laide dune imprimante 3D, la Nasa et lEsa projettent limpression en trois dimensions de btiments sur dautres plantes.

-la Modeet le Design: Dans l'usage quotidien d'une imprimante 3D, la mode et le design sont sans doute les secteurs qui ont le plus de dbouchs. De grands couturiers comme Iris van Herpen ou Marieka Ratsma lont dj utilis pour la cration. De nombreuses ides et projets ont vu le jourcomme imprimer soi-mme son maquillage, ses vtements, ses chaussures et mme ses bijoux.

-lIndustrie Automobile: Elle utilise limpression 3D pour la fabrication de prototypes et autres modles. Le plus grand projet est de pouvoir imprimer entirement des voitures, qui seront pourquoi pas personnalises. -la Science: A luniversit Drexel de Philadelphie, des chercheurs tudient, par exemple, le mode de vie des dinosaures partir de modles imprims en 3D, fabriqus partie doriginaux fossiliss numriss. La technologie 3D a permis aussi la reconstitution trs prcise des os sur un des modles grandeur nature.

-lAlimentation: On imagine dj que dans quelques annes toutes les maisons seraient quipes dune imprimante 3D pour la prparation de plats. Larme amricaine projette aussi d'imprimer de la nourriture sur les champs de bataille grce une imprimante 3D portative. Le dispositif pourrait aussi participer lutter contre la faim dans le monde. Voiture en chocolat

-la Mdecine: Que lon va dvelopper dans notre II.

II-Imprimante 3D et mdecine

Depuis le XX sicle la mdecine a considrablement volue, il y a eu la dcouverte des rayons X grce au physicien allemand, Wilhelm Rntgen, qui a contribu limagerie mdicale et la radiothrapie. De nos jours il y a de nouveaux procds qui contribuent la mdecine moderne dont limprimante 3D qui est dj utilise dans de nombreux domaines. Le domaine de la sant n'a pas tard s'approprier cette nouvelle technologie numrique tant l'opportunit de dlivrer des traitements personnaliss est perue comme l'une des meilleures voies d'amlioration de l'efficacit thrapeutique. Nous verrons les projets existants et volutions mdicales qui risquent de changer la mdecine moderne, du diagnostic au traitement. Le monde de limpression 3D est tellement riche en dclarations qui relvent de la science-fiction, que pour beaucoup dentre nous cest lincrdulit qui prend le pas. Nous sommes habitus entendre parler un peu partout dvolutions mdicales majeures, comme rcemment le cur artificiel greff en France en dcembre 2013. Mais le plus souvent, les mises en uvre sont comprises dans une fourchette de 15 20 ans alors que limpression 3D semble proposer pour les mois et annes venir, des rponses rapides des maux qui amlioreront la sant de bon nombre dentre nous. Dans ce dossier nous allons voir que limprimante 3D sert dj la mdecine dans certaines spcificits puis que des recherches se poursuivent pour largir son champ daction dans la mdecine de demain.1- Les premires applications de limpression 3D

Les premires applications dans le domaine de la sant concernent la fabrication de dispositifs mdicaux ou de prothses sur mesure. La forme et larchitecture de ces structures solides sont dfinies en fonction des caractristiques anatomiques du patient obtenues par imagerie mdicale. Ainsi, de nombreuses ralisations ont vu le jour. En voici un bref rcapitulatif!

Tout dabord limpression 3D au secours dun bb

Le bb miracul, Kaiba Gionfriddo, atteint dunetrachobronchomalacie, ne pouvait plus respirer ses 6 mois : sa trache, trop faible, saffaissait sur elle-mme, empchant lair de circuler dans ses poumons. A court de solutions, les mdecins ont pu compter sur des chercheurs de luniversit du Michigan, spcialiss dans limpression 3D : ils ont ensemble conu une prothse sur mesure, imprime en haute rsolution, pour soutenir la trache du nourrisson.

La prothse est en polymre bio absorbable.

Les prothses trachales existaient pourtant dj, mais en mtal, fabriques la main, ce qui rendait son laboration longue et prilleuse. De plus, elles ntaient pas adaptes lorganisme des patients. Cette nouvelle prothse imprime lavantage dtre cre sur mesure grce un scanner du patient, dtre rapidement conue, et -bonne nouvelle pour Kaiba- elle ne ncessitera pas dopration pour tre retire, se rsorbant delle-mme. La mre, qui avait pourtant vu les docteurs trs pessimistes quant lesprance de vie de son enfant, explique que la trache de Kaiba pourra, laide du dispositif, se dvelopper normalement pour tre autonome quand dans 2 ou 3 ans, il sera absorb naturellement puisquil est biodgradable.Cette histoire enthousiasme les chercheurs, voyant dans limpression 3D un nouvel avenir mdical en utilisant pour y parvenir des matires entirement biologiques et des cellules souches. Grce la rencontre des mdecins et des ingnieurs : Kaiba est sans doute le premier dune longue liste de patients profiter de ce traitement personnalis.

Cas de Mme SunIl y a aussi le cas de Mme Sun o limprimante 3D a t trs utile. Pour la premire fois en Chine, en ce dbut 2014, limpression 3D a t utilise pour une reconstruction de la mchoire infrieure. Cest le vice-prsident de lassociation mdicale de Shanghai, Liu Qin qui la officiellement annonc. Madame Sun souffrait dune grave tumeur qui avait fortement endommag sa mchoire infrieure. Rappelons que cet os reprsente 1/3 de notre visage, il joue un rle important dans la mastication des aliments, la respiration, llocution et bien sr lesthtique. Elle a t greffe dune prothse ralise en titane par impression 3D. Lanalyse bio-mcanique a permis dallger le poids de la mchoire ainsi que sa bio-compatibilit avec la patiente et enfin mettre un terme 5 annes de souffrances quotidiennes.

Mchoire en titane

Cas dune neerlandaiseIl y a eu galement lopration incroyable qui a eu lieu en dcembre 2013 sur une patiente nerlandaise ge de 22 ans souffrant dune maladie rare qui fait que son crne spaississait et augmentait sans cesse la pression sur son cerveau. Une large partie de son crne a t remplace par une prothse imprime en 3D. La prothse en question est faite de plastique et a t imprime par une socit spcialise selon les modles fournis par lquipe mdicale. Elle a des avantages cosmtiques, mais aussi les fonctions du cerveau fonctionnent mieux qu'avec l'ancienne mthode. Lopration en elle-mme a dur 23 heures et est considre comme un succs. Cest dailleurs une premire mondiale. En effet, cest la premire fois quune prothse aussi grande est implante la place dun crane. Cette opration pourrait bien devenir une pratique gnralise.Bon Veirweij, le chirurgien derrire tout a, nen tait pas son coup dessai concernant lusage de prothse imprime en 3D malgr tout, le monde entier est admiratif devant lambitieuse opration entreprise. Il explique que la pression du crne affectait la vue de la patiente ainsi que la coordination de ses mouvements. Aujourdhui, elle a repris son travail et recouvr des perdues avant lopration.2- Limpression du vivant Nous allons aborder une invention qui peut paraitre incroyable, le bioprinting: limpression du vivant, ou plus simplement, recrer sur-mesure un organe vital: os, foie, rein, cur, etc en laboratoire, avec votre ADN. Difficile croire? Et pourtant nombres de dclarations et de faits le laissent penser. En effet, des chercheurs sont parvenus imprimer en 3D des cellules souches embryonnaires et ouvrent ainsi la voie lenjeu suprme de la mdecine rgnrative: la cration dorganes humains entiers et fonctionnels.

Les imprimantes 3D, dj capables de copier des structures partir dun modle en trois dimensions conu sur ordinateur, peuvent reproduire des tissus vivants, un stade exprimental, mais bluffant! Il ne sagit pas de greffer des prothses dites sur mesure en plastique biodgradable ou en titane, comme cela a dj t fait pour se substituer une main, une mchoire infrieure ou un morceau de trache, mais dimprimer des cellules jusqu obtenir tout ou une partie dun tissu de peau, de muscle ou dos.

On peut raisonnablement envisager les premiers essais cliniques sur lhomme dici dix ans pour des tissus simples tels que la corne, la peau ou los. Limpression de tissus en 3D ressemble un eldorado pour nombre de chercheurs, dont le pionnier amricain, Anthony Atala, espre pouvoir un jour imprimer un organe en 3D. Les chercheurs du MIT ont aussi aid la start-up californienne Organovo raliser une bio-imprimante 3D afin de crer des tissus vivants pouvant tre transplants. Le parcours na pas t simple et les quantits ne sont pas encore phnomnales. Mais la socit arrive copier quelques brins de muscle cardiaque ou de poumon, une des difficults tant de reproduire la vascularit dun organe, cest--dire sa circulation sanguine.Nous ne sommes quau dbut dune rvolution, mais la mdecine rgnrative apparat dj sous de bons auspices: dici une trentaine dannes, elle devrait tre capable de reconstituer entirement un organe dans le corps humain, en faisant par exemple repousser un rein dans le corps dun patient partir de ses cellules souches. Et les bio-imprimantes pourraient tre si sophistiques quelles reproduiraient la demande un organe sur mesure, toujours partir des cellules souches du patient, permettant ainsi de le greffer rapidement sans risque de rejet. Une porte ouverte vers lhomme ternel, car rparable linfini.

Limprimante 3D dpose des couches successives de matire pour reproduire une structure modlise sur un ordinateur en 3D. Pour les tissus humains il sagit de cellules souches capables de se multiplier et de se spcialiser sur nimporte quel tissu. Ces cellules baignent dans un milieu de culture, une prparation approprie labore par les chercheurs. Une fois le liquide cellulaire fabriqu, on le dpose dans une cartouche que lon place dans limprimante.

A lautre bout du dispositif, on installe lquivalent dun papier dimprimante classique: une fine plaque de collagne constitue de protines essentielles la constitution des tissus qui va permettre aux cellules dvoluer. Reste lancer limpression: un rayon laser cible le liquide cellulaire, dont les gouttes se dposent peu peu sur la plaque de collagne. Quarante-huit heures plus tard, les cellules commencent se reproduire, crent des connexions, fabriquant ainsi du tissu.Cependant, la notion de cellules souches embryonnaires effraie lopinion. Les recherches sur ces cellules nous obligent choisir entre deux principes thiques : cellules souches- Le devoir dviter ou de soulager la souffrance.- Le devoir de respecter la valeur de la vie humaine.Un problme se pose quant la recherche sur ces cellules. Pour pouvoir obtenir des cellules souches embryonnaires, nous devons les prlever sur un embryon qui sera dtruit. Pour certains cela signifie dtruire une vie potentielle, mais dun autre ct, elles pourraient permettre den sauver dautres, chacun peut voir la chose comme il lentend.Cependant des chercheurs sont parvenus imprimer en 3D des cellules souches embryonnaires et ouvrent ainsi la voie lenjeu suprme de la mdecine rgnrative.

CONCLUSION

L'impression 3D estdsormais considre comme l'une des rvolutions majeures du XXIesicle. Le march de limpression 3D et des services associs se multiplient, avec comme entreprises leaders Stratasys (principal fabricant des imprimantes 3D industrielles) et 3D Systems (principal fabricant dimprimantes 3D pour les non professionnels). Cette croissance rapide est possible en partie parce que lindustrie est encore jeune. Par ailleurs, les matriaux avec lesquels il est possible dimprimer en 3D se multiplient ainsi que les technologies dimpression 3D.Lensemble de ces donnes mettent en vidence le rel potentiel conomique et technologique de limpression 3D et notamment dans le domaine de la sant. De nombreux acteurs proposent dj des services de sous-traitance de prototypage rapide de dispositifs mdicaux et les premires applications du Biopriting commencent voir le jour.En attendant, cest limpression et limplantation de tissus et dorganes simples quon devrait assister. Bien quapparaissant comme une solution miracle, cette technologie suscite aussi de nombreux dbats et critiques, notamment concernant les cellules souches.Dans le futur limprimante 3D pourra sauver des vies en imprimant de nouveaux organes ou en proposant des prothses beaucoup plus adaptes aux patients. Mais cette technologie est aussi sujette controverse, il faudra donc qu terme, limpression 3D soit bien encadre pour viter les drives. Limpression 3D reste aujourdhui encore peu accessible et elle risque aussi de dcevoir ceux qui ont vu en elle la solution tous nos problmes. Mais pour savoir si elle est bien une solution davenir, il faudra encore attendre quelques annes, le temps que cette technologie soitvritablementmature.

Fin

Sources:

http://sante.lefigaro.fr/actualite/2014/05/09/22329-limpression-3d-medecine-chirurgie-dabordhttp://sante.lefigaro.fr/actualite/2013/05/07/20484-promesses-limpression-3d-pour-recherche-medicale ?http://www.lepoint.fr/http://www.biosante.fr/http://www.lesnumeriques.com/imprimante-3d/impression-3d-differents-procedes.htmlhttp://www.impression-3d.info/principe-de-l-impression-3d.htmlhttp://www.priximprimante3d.com/principe/http://www.sciencesetavenir.frhttp://wordexpress.comhttp://www.peartless.comhttp://www.gizmodo.frhttp://www.actuscience.nouvelobs.comhttp://www.lemonde.frhttp://www.boulanger.fr/content/bfr/animation/bcbu/micro-multimedia/imprimante-3d/avantages-et-limites.htmhttp://www.parismatch.com

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