Conception du prototype d’extrusion tridimensionnelle de sucre vitrifié 

Le génie tissulaire et ses limitations actuelles

Le génie tissulaire est une discipline qui s’intéresse aux tissus biologiques dans le but de comprendre les relations entre leurs fonctions et leurs structures ainsi que pour développer des substituts de tissus biologiques. Il s’agit d’un domaine de recherche multidisciplinaire ayant comme objectif de développer des procédés visant à maintenir, réparer, améliorer ou remplacer des tissus ou des organes. La composition des tissus d’ingénierie varie des matériaux biocompatibles synthétiques, aux tissus constitués uniquement de cellules vivantes. Parmi les tissus vivants que l’on peut fabriquer, on retrouve notamment la peau, la cornée et le cartilage . Une des principales limitations quant à la fabrication de tissus vivants provient de la difficulté de les vasculariser, c’est-à-dire de créer un réseau interne permettant la circulation sanguine. La plupart des tissus vivants nécessitent d’être vascularisés afin que leurs cellules puissent être alimentées en oxygène et en nutriments et qu’elles puissent évacuer les déchets qu’elles produisent. L’épaisseur maximale des tissus biologiques pouvant être fabriqués est fortement limitée par la vascularisation de ceux-ci.
Selon Auger et al. , il n’est généralement pas possible de fabriquer un tissu dont l’épaisseur dépasse 400 µm sans qu’il soit nécessaire de le vasculariser.

La fabrication par déposition de matière

La technique FDM est probablement la technologie d’impression 3D la plus répandue. Cette technologie a été inventée par Scott Crump, le fondateur de la compagnie Stratasys, il y a un peu plus de vingt ans. Cette technique est relativement simple et les matériaux qu’elle utilise sont pour la plupart faciles à produire, à entreposer et à recycler. De plus, ils sont en général beaucoup moins dispendieux que les matériaux des autres types d’imprimantes 3D.
Les imprimantes basées sur la technologie FDM utilisent habituellement des bobines de filaments de plastiques comme matériaux de base pour réaliser leurs impressions. Le filament est acheminé à la tête d’impression par un système mécanique qui est entraîné à l’aide d’un moteur pas-à-pas ou d’un servomoteur. Ce système mécanique sert à forcer le filament dans un élément chauffant qui l’amène à la température d’extrusion désirée. Le filament est ensuite extrudé plus ou moins rapidement à travers une buse qui se déplace sur trois axes (X, Y et Z) pour déposer, couche par-dessus couche, le matériel et ainsi former un objet tridimensionnel.

Les applications médicales de l’impression 3D

Les premières applications médicales de l’impression 3D ont eu lieu au début des années 2000 pour fabriquer des implants dentaires . Les applications ont évolué et se sont diversifiées, et il est maintenant possible de fabriquer des articulations en titane sur mesures en se basant sur la morphologie du patient plutôt que d’utiliser des modèles standards qui  ne pourraient jamais s’adapter parfaitement . On imprime maintenant des versions miniatures et simplifiées d’organes avec des cellules vivantes . La capacité de fabriquer des organes complets permettrait certainement d’éliminer de nombreux décès attribués au manque de dons d’organes. Pour y arriver, il sera nécessaire de vasculariser ces organes puisqu’il s’agit d’un des plus grands facteurs limitants et c’est l’impression 3D qui semble être la technologie la mieux placée pour permettre d’être un jour en mesure de fabriquer des organes complexes .

Stratégies permettant de vasculariser les tissus bioartificiels

Plusieurs techniques ont été développées dans le but de vasculariser les tissus bioartificiels.
La bioimpression est l’une d’entre elles. Cette technique fait appel à l’impression 3D et permet de fabriquer des tissus avec des géométries spécifiques, en contrôlant la position, la densité et le type de cellules en fonction de l’emplacement dans le tissu . Une des techniques de bioimpression utilise des mélanges d’hydrogel et de cellules. Dans cette technique, l’hydrogel sert de support aux cellules pendant l’impression. L’imprimante dépose couche par-dessus couche des filaments d’hydrogels extrudés à la manière d’une imprimante FDM. Une autre technique fait appel à des imprimantes à jet d’encre modifiées.
Ces imprimantes permettent d’imprimer directement avec des cellules plutôt qu’avec de l’encre . La bioimpression reste pour l’instant relativement lente et plus la précision demandée est grande, plus les impressions sont lentes . Puisque cette technologie imprime avec des cellules, l’impression est limitée par le temps, car pendant l’impression, les cellules ne sont généralement pas dans un environnement idéal et si le temps d’impression est trop long, leur survie est compromise. Ainsi, la vitesse des bioimprimantes est un des facteurs limitant la taille des tissus qu’elles peuvent fabriquer. De plus, cette technique produit souvent des tissus aux propriétés mécaniques faibles. En effet, l’adhérence entre les cellules est souvent trop faible pour supporter les conditions in vivo .

La vascularisation de tissus à l’aide de structures temporaires de sucre

C’est dans cette optique que Bellan et al.  ont proposé en 2009 d’utiliser un réseau de filaments de sucre dans le but de vasculariser des tissus. Le sucre a l’avantage d’être cytocompatible et il peut être facilement dissous dans un milieu aqueux sans l’utilisation de produits toxiques.
Ils ont utilisé des filaments de sucre étirés (de la barbe à papa) afin d’imiter un réseau vasculaire avec des canaux ayant une taille et une densité similaire à un réseau de capillaires. Une fois le sucre dissous, le bloc a été perfusé avec du sang de rat. Ils ont pu remarquer une circulation relativement uniforme dans tout le bloc à des débits similaires à ce qui peut être observé à cette échelle in vivo. Plus récemment, le groupe de Bellan (Lee et al. ) a fabriqué des blocs d’hydrogel vascularisés contenant des cellules en utilisant la méthode développée. Leurs essais ont démontré que jusqu’à 96 % des cellules étaient toujours vivantes après sept jours de culture in vitro lorsque les blocs étaient perfusés avec du milieu de culture par rapport à 60 % lorsqu’ils ne l’étaient pas.

Le rapport de stage ou le pfe est un document d’analyse, de synthèse et d’évaluation de votre apprentissage, c’est pour cela rapport-gratuit.com propose le téléchargement des modèles complet de projet de fin d’étude, rapport de stage, mémoire, pfe, thèse, pour connaître la méthodologie à avoir et savoir comment construire les parties d’un projet de fin d’étude.

Table des matières

Chapitre 1 Introduction
1.1 Définition du projet 
1.1.1 Le génie tissulaire et ses limitations actuelles
1.1.2 Fabrication des tissus
1.2 Objectif et structure de ce mémoire
Chapitre 2 Revue de littérature
2.1 L’impression 3D 
2.1.1 La fabrication par déposition de matière
2.1.2 Les applications médicales de l’impression 3D
2.2 La vascularisation de tissus issus du génie tissulaire
2.2.1 Stratégies permettant de vasculariser les tissus bioartificiels
2.2.2 La vascularisation de tissus à l’aide de structures temporaires de sucre
2.3 Le pancréas et le diabète 
2.3.1 Le pancréas
2.3.2 Les îlots pancréatiques
2.3.3 Le diabète
2.3.4 Historique de la recherche sur diabète de type 1
Chapitre 3 Conception du prototype d’extrusion tridimensionnelle de sucre vitrifié 
3.1 Cahier des charges 
3.2 Élaboration du concept
3.3 Conception des principaux éléments de la tête d’impression 
3.3.1 Le corps de la tête d’impression
3.3.2 Le chariot
3.4 Améliorations apportées à l’imprimante 
Chapitre 4 Mise en service de l’imprimante 
4.1 Préparation du matériel 
4.2 Préparation nécessaire à l’impression 
Chapitre 5 Caractérisation du procédé d’extrusion 
5.1 Modèle théorique 
5.2 Essais expérimentaux
5.2.1 Détermination des températures d’opération
5.2.2 Description des essais
5.2.3 Analyse des données expérimentales
5.3 Validation du modèle de prévision de l’extrusion 
5.4 Bilan de la caractérisation du procédé d’extrusion 
Chapitre 6 Réalisations obtenues grâce à l’impression de sucre vitrifié 
6.1 Modèles 3D 
6.2 Fabrication du réseau orthogonal
6.2.1 Treillis cubique
6.2.2 Impression du réseau orthogonal
6.2.3 Moulage rapide du réseau orthogonal
6.3 Fabrication et perfusion de réseaux vasculaires
6.3.1 Réseaux à une et trois branches
6.3.2 Perfusion des réseaux vasculaires à trois branches (en silicone)
6.3.3 Fabrication d’un réseau vasculaire tridimensionnel à quatre branches
6.3.4 Perfusion du réseau à quatre branches
6.4 Moulage rapide de blocs d’hydrogel vascularisés (sans cellules) 
6.5 Bilan des réalisations obtenues avec le dispositif d’extrusion tridimensionnelle
Chapitre 7 Conclusion 
7.1 Retour sur les objectifs initiaux et les résultats obtenus
7.2 Perspective pour la suite du projet
7.2.1 Autres applications au dispositif d’extrusion tridimensionnelle 
Bibliographie

Rapport PFE, mémoire et thèse PDFTélécharger le rapport complet

Télécharger aussi :

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *