Une jambe brisée ? Pas de problème, on vous en imprime une autre !

Bien sûr, l’impression 3D des tissus vivants relève pour l’instant de la science-fiction. Néanmoins, quelques réalisations récentes montrent sur quels outils la médecine pourra compter un jour — dans 20 ou 30 ans, qui sait ! explique le Dr Alain Vadeboncœur.

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Illustration : Getty Images

Vous entrez à l’hôpital avec une vilaine fracture de la jambe. On vous passe au scan. L’analyse de toutes les lésions est complétée.
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Puis, l’imprimante 3D produit en quelques heures le morceau d’os qui va remplacer le vôtre, avec muscles, nerfs et vaisseaux sanguins. Le lendemain, l’organe est prêt à être implanté. Le robot-chirurgien remplace tous les tissus par un nouveau morceau de jambe.

Trois jours plus tard, vous êtes de retour à la maison avec votre nouvelle jambe.

On se comprend : c’est, pour l’instant, de la science-fiction. Mais il semble que l’impression 3D des tissus vivants, ça s’en vient. Par pour demain, mais quelques réalisations intéressantes dévoilées récemment commencent à montrer sur quels outils la médecine pourra compter un jour.

Peut-être que dans 20 ou 30 ans, on vous imprimera vraiment des parties de corps sur mesure pour réparer vos tissus !

Les biomatériaux : c’est déjà fait

Pour certaines applications, c’est déjà commencé. Les dents, par exemple.

Bien sûr, il ne s’agit pas de tissus vivants, mais bien de biomatériaux. Il demeure que votre voisin ou vous avez probablement déjà des couronnes imprimées en 3D. (Choisissez bien vos couleurs, cependant.) Et ce n’est pas donné. Mais c’est intéressant.

Autre réalisation récente : un crâne. Une patiente souffrait d’une maladie des os qui entraînait un épaississement de la boîte crânienne compromettant le développement de son cerveau.

On a imprimé en 3D un crâne sur mesure, dont les caractéristiques ont été mises au point à partir de mesures effectuées par scan sur le crâne réel. Résultat : une prothèse parfaitement compatible. Mais on parle encore ici de biomatériaux.

On a aussi beaucoup parlé, ces jours-ci, d’une trachée imprimée en 3D, destinée à traiter un problème de développement de la trachée d’un enfant. Celle-ci était trop souple et, en s’affaissant, causait des étouffements.

Ici, la difficulté était de produire une prothèse avec exactement la bonne taille pour la minuscule trachée du bébé. Une autre réussite, mais encore une fois avec des biomatériaux — ce n’est donc pas un organe vivant.

Imprimer des tissus… vivants

Du côté des tissus et des organes vivants, les applications sont beaucoup plus lentes. Mais avant même la mise au point de l’imprimante 3D, on pouvait, dès 2006, concevoir des tissus de paroi de vessie en appliquant des couches successives de cellules, qu’on réimplantait ensuite à des patients réels. La technique ne semble pas très répandue, mais elle a été utilisée chez les humains.

La compagnie californienne Organovo possède une imprimante 3D spécialisée dans l’impression «vivante», et dont l’objectif est vraiment de concevoir des mini-organes. Elle a réussi une première : créer un mini-foie, en collaboration avec le Massachusetts Institute of Technology (MIT). L’annonce en a été faite le 8 novembre dernier.

Bon, l’«organe» en question ne mesurait que 4 millimètres par 0,5 millimètre d’épaisseur, ce qui en fait vraiment un tout petit foie. Mais celui-ci a tout de même vécu 40 jours et apparemment, il pouvait réaliser les fonctions d’un vrai foie. Évidemment, il n’aurait sans doute pas résisté à une bouteille de vin, mais c’est un début.

Les techniques utilisées sont fascinantes. L’imprimante sert avant tout à imprimer une «trame» de tissu vivant simple, formé de collagène — le tissu de soutien qui est à la base de la forme de nos organes — et de vaisseaux sanguins (assez simples à réaliser). On «imprime» en couche le collagène, avec une grande précision (0,02 mm), pour créer un environnement favorable qui permettra de recevoir les cellules actives de l’organe.

Sur cette trame, on dépose ensuite un grand nombre de cellules souches prélevées sur le patient. Celles-ci vont s’accoler à cette structure et prendre forme pour constituer la partie active de l’organe. (L’avantage des cellules souches est qu’elles ont la capacité de développer plusieurs fonctions, en fonction de l’environnement dans lequel elles sont déposées. C’est donc un peu comme si on construisait un jardin et qu’on y déposait ensuite des graines fertiles qui germeront et produiront les tissus.)

Une autre technique est de prendre un organe existant, de le retirer, de le vider de ses cellules actives (en ne gardant que la trame) et de l’ensemencer avec des cellules souches, puis de le réimplanter une fois l’organe redéveloppé.

Cette technique a été expérimentée avec un certain succès chez de petits animaux. L’avantage est d’utiliser une trame fonctionnelle existante et déjà formée.

Des organes pour faire quoi ?

Le premier besoin vient du monde de la greffe : il y a pénurie de donneurs et d’organes.

Dans bien des cas, la greffe d’un organe pourra sauver la vie ou bien simplifier les traitements. Le meilleur exemple est la greffe de rein : fini la dialyse, et le rein est bon pour longtemps. Pas moins de 1 047 personnes étaient en attente d’un organe en décembre 2013.

Une autre voie d’avenir intéressante (et plus simple) est de concevoir des parties d’organes. Par exemple : un morceau de paroi de cœur pour remplacer une portion détruite par un infarctus, ce qui serait beaucoup plus simple que de penser à mettre au point un cœur au complet.

Puisqu’il sera plus difficile de créer des organes pouvant fonctionner très longtemps, des «organes temporaires» — visant à suppléer à la fonction durant un temps limité, en attendant une greffe — pourraient être intéressants dans un premier temps. Certains chercheurs pensent qu’on pourrait y arriver d’ici une dizaine d’années.

Une autre avenue possible concerne la recherche pharmaceutique : il serait en effet beaucoup plus sécuritaire de tester les nouveaux produits sur des organes créés en laboratoire, dont on pourrait disposer en quantité.

De gros défis à relever

Évidemment, ça serait trop beau si c’était simple. Il reste que de reproduire le vivant dans son incroyable complexité est actuellement hors de notre portée, et ce, pour diverses raisons.

D’abord, il y a la question de la variété des cellules, correspondant à des fonctions très diverses. Rien que dans le tissu des poumons, on retrouve une quarantaine de cellules différentes, de même qu’un réseau d’alvéoles et de vaisseaux absolument énorme — et d’une complexité tridimensionnelle inouïe.

Tout le défi est d’orienter correctement le développement des cellules-souches. N’oublions pas que nous sommes, à l’origine, une seule cellule, qui devra se différencier en un nombre immense de cellules pouvant assumer les fonctions spécifiques auxquelles elles seront plus tard dédiées.

Cette différenciation est encore un phénomène mal compris. Il semble que l’environnement, notamment les structures de soutien, «oriente» ce développement — permettant à la cellule de devenir ici une neurone, là une cellule musculaire cardiaque, et ailleurs un morceau de la paroi de la vessie.

On compte donc beaucoup sur le potentiel incompris du vivant pour arriver à produire toute cette variété de cellules, le travail technique consistant surtout à leur donner un environnement adéquat. Mais comment bien orienter le développement des cellules souches ? Comment s’assurer que les fonctions cellulaires seront adéquates ? Et comment maintenir, à long terme, ces fonctions et l’intégrité cellulaire ? On est vraiment très loin du compte.

Imaginez produire un cœur, qui devra battre une fois la seconde et compter sur des valves très résistantes. Un système électrique hautement performant et un muscle terriblement efficace, le tout devant fonctionner des décennies. C’est sans compter toutes les fonctions subtiles (neurohormonales, par exemple) de cet organe, qui est bien plus qu’une simple pompe. Tout un défi !

Ce n’est pas pour demain

On en est donc vraiment très loin d’applications cliniques de tous les jours. Mais qui sait, la science médicale effectue parfois des bonds de géant.

Par ailleurs, il faut aussi voir quels en seront les coûts, puisque mettre au point des traitements aussi complexes pour un petit nombre de patients, cela peut être hors de la portée des systèmes de santé.

Bref, beaucoup plus de questions que de réponses pour un dossier à suivre. Mais encore une fois, le développement technologique en médecine ouvre des pistes fascinantes.

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À propos d’Alain Vadeboncœur

Le docteur Alain Vadeboncœur est urgentologue et chef du service de médecine d’urgence de l’Institut de cardiologie de Montréal. Professeur agrégé de clinique à l’Université de Montréal, il enseigne l’administration de la santé et participe régulièrement à des recherches sur le système de santé. On peut le suivre sur Facebook et sur Twitter : @Vadeboncoeur_Al.

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