Les simulations informatiques sont des outils puissants pour le développement de nouveaux dispositifs et traitements médicaux. Au Centre de simulation cardiovasculaire (CCS) de l'Université du Texas à Austin, le groupe du Dr Michael Sacks s'efforce de fournir des simulations cardiovasculaires avancées afin que les médecins et les ingénieurs biomédicaux puissent développer des traitements plus efficaces contre les maladies cardiovasculaires. La recherche spécifique vise à simuler la fonction biomécanique du système cardiovasculaire depuis le tissu cellulaire et micro-fibreux jusqu'au niveau de l'organe entier.
Pour que ces modèles informatiques biomécaniques fonctionnent correctement, les chercheurs doivent d'abord comprendre les propriétés mécaniques du matériau qu'ils modélisent. Depuis les années 1960, les chercheurs utilisent des dispositifs de test biaxiaux pour effectuer des tests d'étirement cyclique sur des tissus, généralement pour des échantillons d'environ 10 x 10 cm carrés ou plus.
Cependant, John Lesicko, membre de l'équipe de recherche du CCS, a dû concevoir un dispositif de test biaxial à micro-échelle. John explique que les essais sur les animaux se feraient éventuellement sur des souris dont les artères sont petites, de sorte qu'il était nécessaire de réaliser des tests biaxiaux pouvant traiter des échantillons allant jusqu'à 3 mm x 3 mm carrés.
Le nouveau dispositif d'essai biaxial a repoussé les limites de la conception. Des tiges en acier inoxydable de 200 microns de diamètre ont été utilisées pour tirer le matériau et les points de fixation individuels doivent être actionnés indépendamment sans que les tiges ne se touchent.
Il était évident que les éléments de fixation des tissus nécessitaient un support ou une fixation pour que l’ensemble du mécanisme fonctionne correctement. Mais la taille requise était très petite. « Potomac a été la première entreprise d’impression 3D que j’ai contactée et qui pouvait gérer les petites échelles spatiales dont j’avais besoin », explique John. « De plus, ils pouvaient livrer à un prix raisonnable. Les autres technologies mécaniques étaient très chères. »
Comme dans la plupart des nouvelles conceptions, plusieurs modifications du prototype ont été nécessaires pour optimiser la configuration, le projet était donc sensible au prix. Dans la fabrication numérique, comme l'impression 3D ou le micro-usinage laser, toutes les modifications de conception se produisent dans la phase de conception assistée par ordinateur.
John a pu modifier le prototype et essayer différentes idées de manière simple, rapide et peu coûteuse. « Nous avons maintenant procédé à plusieurs itérations pour trouver le design parfait, et cela n’a pas de prix ! » Par exemple, lors de la première itération, le design ne permettait pas de soutenir suffisamment les tiges pour qu’elles fléchissent et se plient, au lieu de rester rigides. « En une semaine », explique John, « nous avions un design avec le support nécessaire. »
Grâce à la modélisation in vitro sur des animaux, les chercheurs du CCS pourront tester le comportement mécanique du système cardiovasculaire et générer des données spécifiques à la population afin de fournir au monde de la biotechnologie des modèles précis pour la recherche. À terme, l'objectif du CCS est de parvenir à une modélisation spécifique au patient qui fonctionne de manière intéressante de pair avec les capacités uniques de personnalisation de masse de l'impression 3D pour la fabrication directe de dispositifs médicaux personnalisés. En attendant, les capacités d'impression 3D du Potomac aident le CCS à prototyper de nouveaux dispositifs de micro-test afin d'offrir la possibilité future d'un meilleur traitement à toute personne atteinte de maladie cardiovasculaire.
