Ces dernières années de nombreuses études se sont intéressés à la FDM pour fabriquer des matériaux composites pour l’ingénierie du tissu osseux (147,148,150–152).
Nous avons développé une imprimante sur mesure afin d’accroître la résolution obtenue avec ce type d’imprimante. En effet, dans la littérature on retrouve souvent des structures avec des architectures moins résolues, avec notamment des pores supérieurs à 500 µm (147,153). Dans une précédente étude, nous avons montré que cette imprimante nous permettait d’imprimer des structures avec des pores de 150 µm (126).
127 La FDM nous a permis d’obtenir une bonne qualité d’impression. Néanmoins cette qualité peut être affecté par les matériaux utilisés et les variations du diamètre du filament. C’est un phénomène que nous avons observé mais qui est également décrit dans littérature (147). La variation du diamètre du filament peut entrainer la création de défauts lors de l’impression. Les techniques d’impression directes, comme la micro-extrusion, permettent de s’affranchir de ce désavantage. Cependant ces approches requièrent de nombreux ajustements en amont pour permettre une impression de qualité. Des solvants ou des plastifiants sont souvent utilisés pour améliorer la viscosité du polymère et faciliter l’impression (99).
La FDM est une technique adaptée à l’impression de matériaux composites polymère-céramique. Plusieurs études montrent la possibilité d’obtenir des structures précises et reproductibles avec différents matériaux composite (147,152,154). On retrouve dans la littérature différents ratio polymères/céramiques (57). L’impression 3D par FDM nécessite de travailler avec des chargements en particules peu importants pour éviter de boucher la buse d’extrusion et permettre une haute résolution d’impression. Dans certaines études, les chercheurs ont fait le choix de travailler avec des chargements plus importants (148,155–158). Ce choix nécessitait souvent de travailler avec des buses d’impression plus grandes, ce qui diminuait la résolution possible (pores plus grand, lignes plus large). Au vu de ces observations, nous avons donc choisi de travailler avec des matériaux de PLGA chargés à 5% et à 10% en masse de nHA.
Si la stratégie future est d’augmenter le chargement en nHA, il faudra probablement envisager une technique d’impression 3D différente.
Les impressions 3D par jet de liant ou par SLS sont des impressions basées sur l’usage de poudres. Elles permettent de travailler avec des hautes teneurs en céramiques et bioverres et de former des structures complexes. Pour l’impression par jet de liant, une longue étape d’optimisation peut être requise pour obtenir des scaffolds avec une bonne résolution. La sélection du liant est importante ainsi que les étapes post-impression qui permettent de renforcer les structures imprimées (88). La SLS est une technique plus complexe, car la résolution va dépendre de l’interaction entre le faisceau laser, les particules et le liant à des échelles micrométriques. Les propriétés du scaffold final vont plutôt dépendre de la puissance du laser, du temps d’exposition et de la capacité de conduction thermique et de diffusion de la lumière du matériau choisi (84,88). L’impression par jet de liant produit des scaffolds qui présentent souvent une faible résolution en comparaison des autres techniques. La SLS est une des méthodes proposant la meilleure résolution, mais le processus d’impression est long. De plus, avec ces 2 méthodes les scaffolds finaux présentent une surface rugueuse et de faibles propriétés mécaniques (88).
La SLA est également une technique qui peut être envisagée pour travailler avec de plus hauts chargements en particules. Cependant, l’ajout de particules entraine plusieurs complexités pour l’impression. La viscosité de la résine est impactée par la présence des particules, ce qui
128 complique l’impression (88,93). Il faut éviter qu’elles s’agglomèrent et sédimentent en utilisant des agents dispersants (88). De plus, les particules de céramiques ont tendance à disperser la lumière, ce qui limite une réticulation efficace en profondeur, surtout avec des hautes concentrations en particules (88).
La micro-extrusion est également une technique adaptée pour l’impression de composite polymère-céramique. Les polymères doivent être dissous dans un solvant pour obtenir un matériau fluide. La difficulté est alors de développer une pâte suffisamment fluide pour être imprimées, mais qui est également capable de maintenir sa forme après impression. La teneur en particules peut être très élevée (> 50% vol.), mais l’agglomération de particules peut entrainer le bouchage de la buse d’extrusion (88). Des composants peuvent être ajoutés pour aider à moduler la viscosité (comme un rhéofluidifiant) ou pour limiter l’agglomération des particules (comme un agent dispersant) (88). Néanmoins ces modifications rendent encore plus complexe l’optimisation de l’impression.
L’avantage de la FDM sur ces différentes techniques, c’est qu’elle semble plus facile à mettre en place. En effet, moins de paramètres sont à optimiser et dans notre cas nous sommes capables de fabriquer des scaffolds avec une très bonne résolution. De plus, la matrice polymérique, majoritaire par rapport à la part céramique, permet d’apporter des bonnes propriétés de soutien mécaniques. Ce dernier point est indispensable dans le cas d’applications avec d’importantes charges mécaniques.
Figure 31. Différentes structures imprimées par FDM en PLGA. (Extrait de Liu et al. 2018 (154))
Pour aller plus loin, il aurait également été intéressant de développer des structures différentes. Concernant les différents modèles développés pour notre étude, nous avons choisi de travailler avec des structures relativement simples. Les scaffolds de forme carrée ou circulaire possédaient des pores carrés. Il aurait été intéressant de tester des formes de pores différentes (Figure 31) et d’étudier les effets sur la viabilité, la prolifération et la différentiation cellulaire. De plus, une structure différente pourrait aider à moduler les propriétés mécaniques. Liu et al. ont montrés que des modifications de porosité, de forme des pores et
129 de l’épaisseur des lignes d’un scaffold en PLGA imprimé par FDM permettaient d’améliorer les propriétés mécaniques (154). Ils ont pu obtenir des propriétés mécaniques similaires à l’os trabéculaire avec une porosité de 66%, des lignes de 200 µm et des pores carrées (154). Dans le prolongement de notre étude, une évaluation plus approfondie des propriétés mécaniques en fonction de la morphologie des scaffolds pourra être réalisée.