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Bio-impression 3D : guide et sélection d’imprimantes 3D


La bio-impression 3D (3D bioprinting) est de plus en plus utilisée dans diverses applications médicales, cosmétiques, et autres. Dans ce guide, nous proposons un aperçu complet des bio-imprimantes 3D ainsi qu’une introduction à ce secteur, ses avantages et ses limites.

Qu’est-ce que la bio-impression 3D ?

 
La bio-impression, ou « 3D bioprinting » en anglais, est un procédé par lequel une imprimante 3D fabrique des tissus biologiques contenant des cellules et une matrice extracellulaire. Ces structures peuvent être utilisées en médecine régénérative, dans les tests pharmaceutiques, en production alimentaire, et bien d’autres domaines.

Tout comme l’impression 3D standard, la bio-impression 3D créé des structures en 3D couche par couche en utilisant un fichier CAO comme plan. En imprimant des cellules plutôt que des plastiques ou métaux, la bio-impression 3D peut créer des structures tissulaires précises pour, par exemple, imprimer des organes. Actuellement, ces organes imprimés en 3D ne peuvent être utilisés qu’à des fins de recherche, mais pourraient un jour être compatibles avec le corps humain.

Bien qu’il existe de nombreuses techniques de bio-impression 3D, la plupart des bio-imprimantes 3D impriment ce que l’on appelle des bio-encres. Ces encres contiennent des cellules vivantes, en plus de matériaux visqueux comme l’alginate ou de la gélatine. Cela permet de créer des sortes d’échafaudages pour les cellules vivantes, qui peuvent être soit des cellules différenciées (spécialisées, spécifiques à une fonction) ou des cellules souches (non spécifiques).

Ce guide contient une introduction aux technologies de bio-impression 3D et leurs applications, ainsi qu’un aperçu complet des meilleures bio-imprimantes 3D du marché.

Les meilleures bio-imprimantes 3D en 2020

Bio-imprimante 3DVolume d'impression*Têtes d'impression**PaysPrix***Devis
Poietis NGB-R110 x 68 mm4France200 000 €Devis
regenHU 3DDiscovery™ Evolution130 x 90 x 60 mm6Suisse200 000 €Devis
GeSiM BioScaffolder 3.2100 x 346 x 40 mm4Allemagne150 000 €Devis
EnvisionTec 3D Bioplotter Developer Series150 x 150 x 150 mm3Allemagne100 000 €Devis
Advanced Solutions BioAssemblyBot305 x 254 x 178 mm8États-unis100 000 €Devis
Fluicell Biopixlar160 x 160 x ? mm1Suède100 000 €Devis
CELLINK BIO X130 x 90 x 70 mm3États-unis40 000 €Devis
Allevi 390 x 60 x 130 mm3États-unis40 000 €Devis
Brinter 3D bioprinter300 x 190 x 100 mm4Finlande25 000 €Devis
Regemat Bio V1150 x 160 x 110 mm3Espagne25 000 €Devis
Rokit Dr. INVIVO 4D100 x 100 x 80 mm2Corée du sud20 000 €Devis
Ce tableau représente notre sélection des meilleures bio-imprimantes 3D du marché, listées par ordre de prix décroissant.

*Volume d'impression : Il s'agit de la taille maximale des tissus imprimés, qui peut grandement varier selon le type de tissu imprimé.

**Têtes d'impression : Nombre de têtes d'impression pouvant être utilisées simultanément (directement ou automatiquement équipées/échangées pendant le processus d'impression).

***Prix : Il s'agit de prix arrondis pouvant varier selon les options choisies ou évoluer au fil du temps. Les prix peuvent également différer selon les pays (taxes, frais de livraison et d'installation, etc.).
Note : Découvrez toutes les bio-imprimantes 3D du marché avec notre comparateur d’imprimantes 3D.

Bio-imprimantes 3D : comment ça marche ?

Il existe des similitudes entre les imprimantes 3D de plastique et les bio-imprimantes 3D, mais ces dernières doivent assurer la survie des cellules imprimées. Ainsi, les bio-imprimantes 3D possèdent des caractéristiques particulières, comme une enceinte stérile ou la possibilité d’imprimer à de basses températures.

La plupart des bio-imprimantes 3D fonctionnent en déposant une sorte de gel 3D ou bio-encre, comprenant des cellules et une matrice, le plus souvent de la gélatine, pour les soutenir.

La manière dont la bio-encre est imprimée dépend de la technologie de bio-impression 3D utilisée par l’imprimante.

Technologies de bio-impression 3D

Les trois principales méthodes de bio-impression 3D.
Source : L’Usine Nouvelle

Bio-extrusion ou micro-extrusion

La bio-extrusion est la technique la plus similaire à l’impression 3D FDM classique. Cette technologie utilise une tête d’impression contrôlée par ordinateur pour extruder, couche après couche, une bio-encre très visqueuse sur une surface dédiée, telle qu’une boîte de pétri. L’extrusion se fait généralement via un système pneumatique.

Bio-impression par jet d’encre

Le jet d’encre est une technique de bio-impression rapide et très précise qui consiste à déposer des gouttes de bio-encre sur une surface. Cette technique est utile lorsqu’un contrôle précis des cellules est requis, mais moins efficace lorsqu’il s’agit d’imprimer des échafaudages, puisque les gouttes déposées ont une viscosité très faible.

Bio-impression assistée par laser

Contrairement aux bio-imprimantes 3D à extrusion ou à jet d’encre, les bio-imprimantes laser n’utilisent pas de buse pour déposer la bio-encre. Elles dirigent une source de lumière (laser) UV sur une cuve de bio-encre photosensible qui se durcit lorsqu’exposée à la lumière en question, comme c’est le cas pour les imprimantes 3D SLA (stéréolithographie).

Autres techniques de bio-impression 3D

D’autres formes de bio-impression 3D existent, mais sont moins faciles à catégoriser. Par exemple, certains acteurs de la bio-impression 3D ont développé des systèmes qui impriment les cellules sur un ensemble d’aiguilles au lieu d’un échafaudage en biomatériau. Avec cette technique, des groupes de cellules pures (non mélangées à une matrice) sont « embrochées » sur les aiguilles pour créer les structures de tissu en 3D.

Présentation des meilleures bio-imprimantes 3D en 2020

Cette section offre plus d'informations sur chaque bio-imprimante 3D de notre sélection.

Poietis NGB-R

  • Volume d’impression : 110 x 68 mm
  • Pays : France
  • Prix : 200 000 €
Poietis est une société de biotechnologie française qui revendique l’invention de la bio-impression 4D. Leurs bio-imprimanntes sont utilisées par les principaux groupes pharmaceutiques et cosmétiques pour tester leurs produits.

La NGB-R est une bio-imprimante commerciale destinée aux applications de recherche et développement. Elle utilise une technologie de bio-impression assistée par laser, offrant une résolution unicellulaire et une grande viabilité des cellules. Selon Poietis, il s’agit d’une imprimante 4D dans le sens où elle s’adapte à la durée naturelle des processus biologiques tels que la prolifération, la migration et la différenciation des cellules.

La Poietis NGB-R est une plateforme tout-en-un, dotée d’un bras robotisé pour l’automatisation des tâches ainsi que de têtes d’impression pour complémenter la technologie laser avec de l’extrusion (1 tête laser principale, trois têtes à micro-valve).

Plus d’informations : Poietis NGB-R

regenHU 3DDiscovery™ Evolution

  • Volume d’impression : 130 x 90 x 60 mm
  • Pays : Suisse
  • Prix : 200 000 €
regenHu est une entreprise de bio-impression basée en Suisse. L’entreprise propose des bio-imprimantes 3D, bio-encres spéciales, et même une formation “Bioprinting Academy”.

La 3DDiscovery™ Evolution 3D bioprinter est présentée comme la bio-imprimante 3D la plus flexible du marché, étant conçue avec modularité et adaptabilité en tête.

Elle combine plusieurs techniques de bio-impression 3D et est équipée de six têtes d’impression pouvant être utilisées simultanément.

Plus d’informations : regenHu 3DDiscovery™ Evolution

GeSim BioScaffolder 3.2

  • Volume d’impression : 100 x 346 x 40 mm
  • Pays : Allemagne
  • Prix : 150 000 €
GeSim, d’origine allemande, est un spécialiste du micro-usinage ayant développé plusieurs systèmes de bio-impression 3D.

La BioScaffolder 3.2 est une bio-imprimante 3D à extrusion pneumatique conçue pour la recherche en ingénierie tissulaire. Avec ses trois têtes d’impression différentes, elle est capable de réaliser des bio-impressions multi-matériaux.

Les cas d’usage pour cette bio-imprimante 3D incluent l’impression de structures poreuses, la fabrication d’implants métalliques avec des couches de polymères souples, et le mélange graduel de bio-polymères, entre autres.

GeSim peut construire des versions personnalisées de ses imprimantes BioScaffolder pour s’adapter à toute application spécifique d’ingénierie tissulaire.

Plus d’informations : GeSim BioScaffolder 3.2

EnvisionTEC 3D Bioplotter Developer Series

  • Volume d’impression : 150 x 150 x 150 mm
  • Pays : Allemagne
  • Prix : 100 000 €
EnvisionTEC est une entreprise d’impression 3D fondée en 2002 et ayant désormais une portée mondiale grâce à leur gamme d’imprimantes 3D polyvalente et diversifiée (résine, fibre de carbone, …).

La 3D Bioplotter Developer Series est une bio-imprimante 3D de bureau destinée à la recherche en ingénierie tissulaire. Elle est compatible avec une variété de bio-encres et bio-matériaux, qu’elle dépose via une buse-aiguille. Des buses supplémentaires sont disponibles pour les impressions multi-matériaux, et la machine offre un contrôle très précis sur les températures de chaque tête d’impression.

Les applications pour cette imprimante 3D comprennent l’impression 3D d’organes, l’impression 3D de cellules, la régénération osseuse, et plus encore.

Plus d’informations : EnvisionTEC 3D Bioplotter Developer Series

Advanced Solutions BioAssemblyBot

  • Volume d’impression : 305 x 254 x 178 mm
  • Pays : États-Unis
  • Prix : 100 000 €
Advanced Solutions est une société de biofabrication initialement fondée en 1987 comme revendeur de produits AutoDesk.

Selon Advanced Solutions, la BioAssemblyBot est la seule bio-imprimante 3D à six axes du monde, équipée d’un bras robotique pour une plus grande mobilité et flexibilité. Contrairement à certaines autres bio-imprimantes 3D, elle peut également servir d’incubateur, manipulant les structures tissulaires sur une période prolongée. Advanced Solutions présente ainsi la BioAssemblyBot comme une solution de biofabrication tout-en-un.

Cette bio-imprimante possède un système d’extrusion pneumatique et mécanique pour imprimer des tissus, organes, sphéroïdes, …

Plus d’informations : Advanced Solutions BioAssemblyBot

Fluicell Biopixlar

  • Volume d’impression : 160 x 160 mm
  • Pays : Suède
  • Prix : 100 000 €
Fluicell est une entreprise publique suédoise de biotechnologie fondée en 2012 et issue de l’Université de Technologie de Chalmers. Leurs produits sont principalement utilisés par des chercheurs en biologie cellulaire et en développement pharmaceutique.

Le système Biopixlar est une plateforme de bio-impression 3D haute résolution pouvant placer des cellules individuelles. Sa technologie s’appelle “microfluidic hydrodynamic confined flow” et a été conçue pour la création de tissus à utiliser dans les essais cliniques.

Plus d’informations : Fluicell Biopixlar

CELLINK BIO X

  • Volume d’impression : 130 x 90 x 70 mm
  • Pays : États-Unis
  • Prix : 40 000 €
CELLINK est une société américaine de bio-impression qui a été la première à commercialiser de la bio-encre, en 2016. L’entreprise produit aujourd’hui plusieurs bio-imprimantes 3D et bio-matériaux.

Leur machine BIO X offre diverses méthodes de dépôt de matière, notamment l’extrusion pneumatique, le dépôt électromagnétique, et la photopolymérisation. CELLINK a développé huit différentes têtes d’impression pour l’imprimante, dont trois peuvent être utilisées simultanément, avec un lit d’impression chauffant.

La CELLINK BIO X est dotée d’un filtre HEPA H14 ainsi que de lumières UV-C germicides pour stériliser l’espace d’impression.

Plus d’informations : CELLINK BIO X

Allevi 3

  • Volume d’impression : 90 x 60 x 130 mm
  • Pays : États-Unis
  • Prix : 40 000 €
Allevi est une entreprise de bio-impression 3D américaine proposant des bio-imprimantes 3D et bio-encres pour la recherche médicale et pharmaceutique.

La Allevi 3 est une bio-imprimante 3D à triple extrudeur avec lit d’impression chauffé, contrôle des températures des têtes d’impression, et la capacité à photopolymériser certains matériaux. Les extrudeurs sont alimentés par air comprimé, le système pneumatique étant adapté aux bio-matériaux visqueux.

Les cas d’usage recommandés incluent l’ingénierie tissulaire, la modélisation pathologique, le développement de médicaments, et certaines applications en dentisterie. Selon Allevi, leurs bio-imprimantes 3D sont parmi les plus faciles et intuitives à utiliser.

Plus d’informations : Allevi 3

Brinter 3D BioPrinter

  • Volume d’impression : 300 x 190 x 100 mm
  • Pays : Finlande
  • Prix : 25 000 €
Brinter est une entreprise finlandaise dédiée aux solutions pour professionnels et chercheurs en pharmacologie, biotechnologie et cosmétique.

Leur bio-imprimante 3D fonctionne à base d’extrusion et offre la possibilité de facilement échanger les têtes d’impression. Elle est capable d’utiliser des matériaux de différents niveaux de viscosité, et sa caméra intégrée permet de surveiller les impressions à distance.

Brinter produit également toute une gamme de bio-encres faites à partir de bio-matériaux tels que la nanocellulose, le collagène et le fibrinogène.

Plus d’informations : Brinter 3D BioPrinter

Regemat Bio V1

  • Volume d’impression : 150 x 160 x 110 mm
  • Pays : Espagne
  • Prix : 25 000 €
Regemat est une entreprise de biotechnologie espagnole spécialisée dans la production de bio-imprimantes sur-mesure pour entreprises, chercheurs, et applications spécifiques.

La Regemat Bio V1 a été particulièrement conçue pour bio-imprimer des tissus ostéochondraux, mais elle peut être utilisée pour d’autres applications tissulaires.

L’imprimante offre trois modes d’extrusion : remplissage individuel des pores, remplissage du volume d’injection, et dépôt de fil (FDM). Elle fonctionne avec six têtes d’impression, dont une seringue à extrusion, un système UV pour polymérisation, et une seringue chauffée, entre autres.

Ce système de bio-impression 3D Regemat est utilisé dans les hôpitaux et universités de plus de vingt pays différents.

Plus d’informations : Regemat Bio V1

Rokit Dr. INVIVO 4D

  • Volume d’impression : 100 x 100 x 80 mm
  • Pays : Corée du Sud
  • Prix : 20 000 €
Rokit Healthcare est une entreprise de biotechnologie basée en Corée du Sud. Elle propose des bio-imprimantes 3D, bio-encres, et des solutions anti-âge, entre autres.

La Dr. INVIVO 4D offre trois options pour la bio-impression 3D : extrudeur de filament, seringue, et un distributeur pneumatique chauffant. Elle accorde une attention particulière à la stérilisation, avec une lampe UV intégrée et un filtre H14 HEPA. Les matériaux compatibles comprennent les bio-encres, bio-polymères et certaines céramiques.

Cette bio-imprimante 3D est disponible en trois versions, Standard, Upgrade et Premium, cette dernière offrant le plus de techniques d’impression.

Plus d’informations : Rokit Dr. INVIVO 4D

Mentions spéciales et alternatives

Mentions spéciales

Ces bio-imprimantes 3D sont dédiées à un usage très avancé et complexe ou ne sont pas disponibles à l’achat :

Bio-imprimantes 3D d’entrée de gamme

Il existe des solutions de bio-impression 3D relativement abordables pour le secteur de l’éducation, notamment :

Bio-imprimantes 3D bientôt disponibles

Plusieurs systèmes de bio-impression 3D intéressants sont attendus au cours des prochains mois et années :

Bio-impression 3D : quels usages ?

L'impression 3D de cellules permet d'accéder à de nombreuses possibilités dans plusieurs disciplines, notamment dans les domaines de la santé et de la cosmétique. Voici quelques unes des applications les plus courantes de la bio-impression 3D.

Médical

La recherche médicale est l’une des applications les plus importantes en ce qui concerne la bio-impression 3D, avec laquelle la recherche a pu s’accélérer ces dernières années.

En utilisant une bio-imprimante 3D pour créer des structures tissulaires, les chercheurs peuvent tester les produits pharmaceutiques sans recruter de vraies personnes pour des essais médicaux potentiellement dangereux.

Les bio-imprimantes 3D sont également capables d’imprimer des organes en 3D, ou des miniatures, afin de modéliser des maladies. Par exemple, il est possible d’imprimer un coeur en 3D afin de mieux comprendre l’impact des maladies cardiaques sur le corps humain.

Autre possibilité parmi les nombreux cas d’usage du secteur : l’impression 3D de peau. Les chercheurs développent des techniques pour imprimer des cellules de peau autologues afin de traiter les brûlures et blessures profondes. La peau étant stratifiée, elle est plus facile à bio-imprimer que d’autres organes.

 

Échafaudage de matrice - Oreille bio-imprimée

Une oreille imprimée en 3D.
Source : CELLINK

Cosmétique

Outre le traitement de blessures et de brûlures, l’impression 3D de peau peut être utilisée dans l’industrie cosmétique. Cela permet de tester des produits et d’évaluer les risques de réaction allergique ou autres effets secondaires, sans tester sur les animaux ou humains.

À l’avenir, la bio-impression 3D pourrait également être utilisée dans la chirurgie esthétique ou reconstruction faciale.

Alimentation

La bio-impression 3D de cellules pourrait très prochainement tenir une place importante dans la production alimentaire. Nous parlons par exemple de viande cultivée en laboratoire, imprimée à partir de cellules souches.

La viande synthétique bio-imprimée en 3D impacte moins fortement l’environnement et n’implique pas la mort d’êtres vivants. Plusieurs entreprises et centres de recherche ont développé des méthodes d’incubation de structures bio-imprimées afin de permettre aux fibres musculaires de se former, laissant place à un produit synthétique comestible.

Ce type de viande est plus tendre que la « vraie » viande, mais cela n’est pas particulièrement considéré comme étant un problème.

Limites actuelles de la bio-impression 3D

La bio-impression 3D a entraîné des avancées majeures dans le monde médical, notamment en essais cliniques, en modélisation pathologique, et autres domaines. Cependant, le but ultime de la bio-impression médicale est de pouvoir imprimer des organes prêts à la transplantation humaine.

En théorie, cela est possible, puisque les chercheurs peuvent d’ores et déjà prélever les cellules d’un patient pour imprimer des biostructures en 3D qui peuvent ensuite être incubées pour se développer en approximations d’organes humains. Les organes artificiels imprimés en 3D pourraient, un jour, éliminer les listes d’attente de greffe d’organe. Les patients pourraient simplement faire cultiver leurs propres organes personnalisés et, de plus, éviter les problèmes de rejet de greffe.

Aujourd’hui, en pratique, la bio-impression 3D d’organes est trop rudimentaire. Un coeur imprimé en 3D ou un rein imprimé en 3D n’a pas la vascularisation nécessaire pour fonctionner dans le corps humain.

Le frein n’est pas tant lié aux techniques de bio-impression 3D en elles-mêmes, mais plutôt aux processus de culture et d’incubation utilisés post-impression. Ces processus ne sont pas encore suffisamment avancés pour pouvoir transformer une structure tissulaire bio-imprimée en un organe pleinement fonctionnel.

Combien coûte la bio-impression 3D ?

La bio-impression 3D est une technologie coûteuse, les machines haut de gamme comme la Poietis NGB-R pouvant coûter plus de 200 000 €.

Toutefois, il existe des solutions de bio-impression 3D destinées aux chercheurs en université et étant plus accessibles, comme la Regemat Bio V1 à partir d’environ 20 000 €.

D’autres obstacles à la bio-impression 3D commerciale, au delà du coût des imprimantes, comprennent le processus complexe d’acquisition de cellules souches ainsi que l’important effort juridique requis pour mettre ces solutions sur le marché.

Législation et bio-impression 3D

La bio-impression 3D a fait d’énormes progrès au cours de la dernière décennie, mais le cadre juridique relatif aux organes et autres bio-matières imprimées en 3D n’est pas encore clairement défini.

Aux États-Unis, les produits et processus médicaux sont régulés par la Food and Drug Administration (FDA), mais les organes imprimés en 3D ne peuvent facilement être attribués à telle ou telle catégorie de régulations. Certains chercheurs suggèrent que les bio-impressions 3D pourraient appartenir à la catégorie des bio-produits, qui inclut les serums thérapeutiques, vaccins, produits allergènes, et autres produits.

En France et en Europe, la loi ne prévoit pas non plus de cadre pour ces technologies. On peut imaginer que d’ici quelques années, lorsque la bio-impression 3D en sera à un stade encore plus avancé et donc potentiellement utilisée hors laboratoires de recherche, l’Union Européenne se penchera plus amplement sur le sujet.

Certains fabricants en bio-impression 3D s’auto-régulent, au moins en matière de bioéthique (autre sujet très vaste et complexe). L’équipe de Poietis, par exemple, se « [borne] à la réparation de tissus et non leur augmentation ou leur amélioration » (Fabien Guillemot pour Sciences et Avenir).

Il existe tout de même certains organismes de réglementation ayant déjà commencé à répondre aux premières problématiques. Le Japon (Pharmaceuticals and Medical Devices Agency) et la Corée du Sud (Ministry of Food and Drug Safety) ont notamment publié des lignes directrices sur la bio-impression 3D dès 2015.

FAQ

Est-il possible d’imprimer un organe en 3D ?

Il est possible de bio-imprimer des structures qui ressemblent fortement aux organes humains. Ils peuvent être utilisés à des fins de recherche et d’essais cliniques, mais ne sont pas encore prêts à être transplantés dans un vrai corps.

Quelles cellules sont utilisées en bio-impression ?

La bio-impression 3D peut s’effectuer avec une grande diversité de cellules. Les cellules souches adultes peuvent être obtenues par aphérèse sanguine, prélèvement de moelle osseuse et autres techniques.

Qu’est-ce qu’une bio-encre et que contient-elle ?

Une bio-encre est composée de cellules vivantes et d’une matrice de biomatériaux (gélatine, alginate, fibrine, …), lui permettant d’être imprimée en 3D.


À propos de l'auteur

Benedict O'Neill

Benedict O'Neill est rédacteur indépendant dans l'industrie de la fabrication additive depuis 2015, travaillant pour plusieurs médias et fabricants du milieu. Il a obtenu sa licence au King's College de Londres en 2013 et son master à l'université d'Amsterdam en 2015. Il vit au Canada.