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A stent that can be squeezed to half its width and spring back without cracking is what a catheter needs to carry it into a narrow vessel. In a lab in Madrid, the team at IMDEA Materials Institute and Universidad Politécnica de Madrid (UPM) has printed such stents as braids, in one single production step. The work was led with researchers from the Massachusetts Institute of Technology (MIT) and the University of Galway, and the method is patented.
Un stent que l'on peut comprimer à la moitié de sa largeur, puis qui reprend sa forme sans se fissurer, est ce dont un cathéter a besoin pour l'acheminer jusque dans un vaisseau étroit. Dans un laboratoire de Madrid, l'équipe de l'IMDEA Materials Institute et de l'Université polytechnique de Madrid (UPM) a imprimé de tels stents sous forme de tresses, en une seule étape de production. Ces travaux ont été menés avec des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et de l'Université de Galway, et la méthode est brevetée.
The problem they address is geometric. Most metal medical devices made by additive manufacturing, the industrial name for 3D printing, use lattices: repeating networks of rigid struts. Compressed, these lattices become excessively stiff, press hard on artery walls, and can fracture at strains approaching 25%. The braided design instead lets its interwoven filaments slide and reorient, as a textile mesh does. As Carlos Aguilar Vega, one of the study's authors, put it, lattices made with conventional additive techniques cannot reach the reversible deformation that catheter procedures require, while braids "can readily accommodate the large deformations required while maintaining both structural integrity and elastic recovery."
Le problème qu'ils abordent est géométrique. La plupart des dispositifs médicaux métalliques fabriqués par fabrication additive, le nom industriel de l'impression 3D, utilisent des treillis : des réseaux répétitifs de montants rigides. Comprimés, ces treillis deviennent excessivement raides, appuient fortement sur les parois artérielles et peuvent se rompre pour des déformations approchant 25 %. La conception tressée, elle, laisse ses filaments entrelacés glisser et se réorienter, comme le fait un maillage textile. Selon Carlos Aguilar Vega, l'un des auteurs de l'étude, les treillis réalisés avec les techniques additives classiques ne peuvent pas atteindre la déformation réversible qu'exigent les interventions par cathéter, alors que les tresses « peuvent facilement accommoder les grandes déformations requises tout en conservant à la fois leur intégrité structurelle et leur récupération élastique ».
A printed part is not yet ready for a body. A chemical etching and electropolishing treatment smooths it to a biomedical-grade finish, and it also thins the fibers: fiber thickness fell by 47.7% and cross-sectional area by 71.1% compared with the as-printed structures. After that step, the braided stents withstood compression of up to 50% of their original diameter while keeping more than 90% elastic recovery. Their chronic outward force, the steady push they exert on the vessel wall, was up to five times lower than in conventional lattices, which the researchers link to a lower risk of vascular injury and thrombosis, meaning clot formation.
Une pièce imprimée n'est pas encore prête pour le corps humain. Un traitement de gravure chimique et d'électropolissage la lisse jusqu'à un fini de qualité biomédicale, mais il amincit aussi les fibres : l'épaisseur des fibres a diminué de 47,7 % et la section transversale de 71,1 % par rapport aux structures telles qu'imprimées. Après cette étape, les stents tressés supportaient une compression allant jusqu'à 50 % de leur diamètre d'origine, tout en conservant plus de 90 % de récupération élastique. Leur force chronique vers l'extérieur, c'est-à-dire la poussée constante qu'ils exercent sur la paroi du vaisseau, était jusqu'à cinq fois inférieure à celle des treillis conventionnels, ce que les chercheurs relient à un risque moindre de lésion vasculaire et de thrombose, c'est-à-dire de formation de caillot.
For a patient, the practical promise is custom-fitted devices. The researchers also show prototypes shaped for a fenestrated bifurcation stent and a customized aortic valve frame reconstructed from patient CT scans, and they point to smaller neurovascular devices for hard-to-reach regions of the brain as the next frontier, which would need more miniaturization and magnetic navigation. But the sources are clear about the distance left: the prototypes passed only mechanical tests, and in vitro biocompatibility tests and animal studies must come before any clinical investigation in patients. No date for that step is given, and IMDEA says it will pursue these research directions in the coming months. So the change, for now, is for device designers and surgeons who want implants fitted to an individual anatomy. Patients will feel it only once those next tests are passed.
Pour un patient, la promesse concrète réside dans des dispositifs sur mesure. Les chercheurs présentent aussi des prototypes conçus pour un stent de bifurcation fenêtré et une armature de valve aortique personnalisée, reconstruite à partir de scanners du patient, et ils désignent comme prochaine frontière de petits dispositifs neurovasculaires destinés aux zones difficiles d'accès du cerveau, ce qui nécessiterait davantage de miniaturisation et une navigation magnétique. Mais les sources sont claires sur la distance restant à parcourir : les prototypes n'ont passé que des tests mécaniques, et des tests de biocompatibilité in vitro ainsi que des études animales doivent précéder toute investigation clinique sur des patients. Aucune date n'est donnée pour cette étape, et l'IMDEA indique qu'il poursuivra ces pistes de recherche dans les mois à venir. Le changement, pour l'instant, concerne donc les concepteurs de dispositifs et les chirurgiens qui veulent des implants adaptés à l'anatomie de chaque individu. Les patients n'en ressentiront les effets qu'une fois ces prochains tests franchis.