Dans le cadre des TPE, nous avons pris contact avec un professionnel, Romain Debret, chercheur en bioingénierie cellulaire au CNRS. 

Nous avons d'abord collaboré par mail avec Mr Debret pour obtenir plus d'informations sur le sujet.

Par la suite, nous avons convenu d'un rendez-vous à Lyon, lieu de travail du chercheur,  lors de nos vacances de Février. Lors de cette journée, nous avons visité différentes institutions spécialisées dans l'impression 3D et la recherche en bioimpression : l'INSA et 3d.Fab. 

I - L'INSA

La principale difficulté en impression 3D, et plus encore en bio-impression, est le nombre de paramètres à gérer. Pour chaque impression, ils sont très nombreux et très précis. Il suffit d’une erreur pour que le résultat ne soit pas celui attendu. 

D’abord, il faut élaborer une bio-encre, celle-ci doit avoir une viscosité particulière et sa composition entraînera des critères à respecter par rapport à la vitesse d’impression ou au séchage. Puis, il faut programmer l’impression en passant par un logiciel, il est alors nécessaire de prendre en compte des critères tels que la vitesse de déplacement de la buse (dans le cas des impressions jet d’encre et par extrusion), la température de celle-ci (en impression jet d'encre) ou la pression exercée (en impression par extrusion). Ensuite, il faut préparer la machine en choisissant un support adapté (pour que la bio-encre adhère) ou encore la taille (qui dépend de la précision recherchée et de la viscosité de la bio-encre).

De plus, le travail n’est pas terminé puisqu’il faut encore avoir recours à la maturation.

Les machines de bio-impression par jet d’encre ou par extrusion sont programmées en langage G-code. Le fichier en G-code définit les déplacements de la buse selon trois axes : X ( horizontal), Y (vertical) et Z (profondeur).

II - 3d.Fab

De nos jours, les imprimantes 3D les plus performantes peuvent imprimer tous les types de matériaux, non seulement des matières plastiques mais aussi des métaux ou de la porcelaine.

L’entreprise 3dFAB (FabricAdvancedBiology) utilise différentes machines d’impressions 3D que nous présenterons dans la sous-partie ci-dessous.

a) Le procédé FDM

La technologie FDM (Fused Deposition Modeling) fonctionne avec des thermoplastiques.

Les imprimantes 3D basées sur la technologie FDM fabriquent des pièces couche après couche, de bas en haut, en chauffant un matériau solide de manière à le ramollir et en l’extrudant.

Cette machine peut imprimer des matières souples comme le silicone ou le caoutchouc.

b) Le PolyJet

La technologie PolyJet est une méthode de fabrication similaire à l'impression à jet d'encre, mais au lieu d'injecter des gouttes d'encre sur du papier, les imprimantes PolyJet 3D injectent des couches de photopolymère sur un plateau de fabrication. L'imprimante 3D injecte et durcit instantanément aux UV de minuscules gouttelettes de photopolymère liquide.

La machine utilise 2 matériaux, le matériau constituant et le matériau support. Elle dispose donc de 2 ramettes qui déposent ces matériaux très précisément (de l’ordre du dixième de nanomètre). L’impression de chaque couche s’effectue en deux temps, le dépôt de matière et la réticulation, c’est-à-dire la solidification de cette matière par bombardement UV.

Ces deux types d’impression sont différents car la FDM imprime un solide à partir d’un solide et la pièce obtenue peut être fondue à nouveau pour être remodelée, tandis que la Polyjet 3D et la Photopolymérisation impriment un solide à partir d’un liquide et la pièce ne peut pas être retravaillée par la suite.

c) La Photopolymérisation

La technique de photopolymérisation est basée sur la stéréolithographie. Le support est en contact avec le liquide (bioencre) et le vidéoprojecteur projette une image (bombardement UV). Cette technique est extrêmement précise (de l’ordre du dixième de micromètre) mais beaucoup plus longue. Aussi, contrairement à la technique FDM, cette méthode ne rencontre aucun risque d’effondrement. En revanche, elle n’est pas compatible avec les cellules car les rayons UV tuent celles-ci.

d) Bioprinter for R&D in P2 Lab

Cette machine comporte 2 têtes pour imprimer 2 liquides en même temps. Elle est fermée ce qui permet de réguler la température. La maîtrise des températures est très importante car chaque matériau requiert une température précise.

Elle permet l’utilisation des UV pour le travail de matériaux photosensibles. 

La résolution dépend de la taille de la buse et de la vitesse de déplacement de celle-ci.

Actuellement, la bioimpression n’est qu’au début de son développement. Les défis dans un futur proche sont (pour 3dFAB) d'imprimer des tissus vascularisé et d’imprimer sur des surfaces non planes, pour pouvoir un jour imprimer directement sur des blessures in vivo. 

III - 3d.Fab : Les différents projets en cours

L’entreprise 3dFAB travaille actuellement sur plusieurs projets de recherche concernant la trachée, la cornée, le cartilage nasal ou encore les os et plus précisément la colonne vertébrale.

(Start up Labskin peau)

Un autre défi de la bioimpression serait de créer un biomatériau dont les caractéristiques seraient facilement et rapidement modifiables pour s’adapter à chaque patient.

IV - Conclusion de notre expérience 

A la vue de ces différents éléments, nous avons pu avoir une vision plus "réelle" de ce qu'est la bioimpression, grâce aux témoignages et à l'accueil des différentes plateformes, que nous tenons encore une fois à remercier. 

Nous avons donc appris que la bioimpression, et les sciences en général, sont une branche dans laquelle les connaissances, l'expérience et la patience sont indispensables pour pouvoir développer des projets et maîtriser parfaitement les logiciels et les machines nécessaires à la réalisation d'une impression en trois dimensions. 

Par ailleurs, nous avons réalisé que la recherche en bioimpression est une activité pluridisciplinaire qui fait intervenir des physiciens, des chimistes, des experts en biologie mais aussi des médecins pour le point de vue pratique (usage futur), des experts en mécatronique pour la conception de la machine et également des experts en informatique pour créer et exploiter les logiciels.

Enfin, nous avons pu nous rendre compte de ce qu'est le métier de scientifique au quotidien, notamment sur le plan humain, où la prise de recul et le consentement à l'échec doivent être acquis.