Des pièces imprimées en 3D pour réduire la propagation des infections en hôpital

matériau d'impression 3D antibactérien

La propagation et la résistance de certaines bactéries en hôpital, liées notamment à l’utilisation massive d’antibiotiques est un problème récurrent auquel on a trouvé peu de solutions jusqu’à maintenant. Si la vaccination a majoritairement contribué à la diminution des maladies nosocomiales, environ 7 % des patients seraient encore contaminés. De récents travaux menés par des chercheurs de l’Université de Sheffield au Royaume-Uni, ont montré comment l’utilisation de l’impression 3D pourrait peut-être aider à arrêter ou à réduire la propagation de bactéries comme le Staphylococcus aureus dans les hôpitaux et les maisons de soins.

Pour obtenir des pièces capables de lutter contre les maladies infectieuses, l’équipe de scientifiques explique dans la revue Nature comment il a intégré dans des poudres polymères des composés antibactériens à base d’argent. Tout comme le cuivre, ce métal est connu depuis bien longtemps pour ses propriétés antimicrobiennes et antifongiques. Les phéniciens antiques l’utilisaient déjà pour maintenir l’eau, le vin et le vinaigre dans des contenants en argent pour assurer la fraîcheur. C’est par l’altération des membranes de cellules bactériennes, que les molécules d’argent provoquent la mort cellulaire.

Selon les premiers tests réalisés, les pièces créées par l’équipe de Sheffield seraient les premiers composants imprimés en 3D à montrer une résistance aux bactéries courantes. Non seulement il n’y aurait aucune toxicité pour l’homme, mais l’ajout du composé anti-bactérien n’affecterait en rien la transformabilité et la résistance des pièces imprimées en 3D. Elles conserveraient les mêmes propriétés que des pièces classiques. « La gestion de la propagation des bactéries nocives, des infections et de la résistance croissante aux antibiotiques est une préoccupation mondiale », a expliqué le Dr Candice Majewski, qui a dirigé le projet du Center for Advanced Additive Manufacturing de l’Université de Sheffield. « L’introduction d’une protection antibactérienne sur les produits et appareils au point de fabrication pourrait être un outil essentiel dans cette lutte. La plupart des produits imprimés en 3D actuels n’ont pas de fonctionnalités supplémentaires. L’ajout de propriétés antibactériennes au stade de la fabrication apportera un changement radical dans notre utilisation des capacités des processus. »

Des pièces particulièrement efficaces contre le staphylocoque doré le bacille pyocyanique

Coupe de microtomographie à rayons X

Images des pièces – (a,b) images MEB du matériau de base (PA2200 fritté), (c,d) matériau composite. Les objets plus légers et plus anguleux en d sont probablement du verre au phosphate d’argent. (e) Coupe de microtomographie à rayons X du matériau de base (PA2200), montrant les pores. (f) Coupe de microtomographie à rayons X du composite montrant une distribution uniforme des particules de verre de phosphate d’argent. Crédits photo : université de Sheffield.

Lorsque l’on s’intéresse à la composition du matériau, on apprend que les chercheurs ont utilisé une poudre polyamide (PA12), auquel 1% de phosphate d’argent B65003 a été ajouté. Puis le mélange a été imprimé par frittage laser sur une Formiga P100 d’EOS. Pour démontrer la viabilité du matériau, les parties antibactériennes et non antibactériennes ont été immergées dans des solutions bactériennes et testées après 24 heures pour voir combien de bactéries s’étaient accrochées à chaque matériau. Les pièces imprimées en 3D avec des composés d’argent se sont avérées les plus efficaces contre deux groupes de bactéries principaux : Gram positif (Staphylococcus aureus) et Gram négatif (Pseudomonas aeruginosa).

Le matériau antibactérien serait en revanche moins efficaces dans des milieux liquides riches en nutriments qui inhiberaient les composés d’argent. En conséquence, son utilisation pourrait donc se limiter à certaines applications hospitalières.

Le développement d’un matériau d’impression 3D anti-bactérien n’est pas nouveau. On peut citer le fabricant américano-chilien Copper3D par exemple, qui a collaboré avec la Nasa pour mettre au point un PLA efficace à 99,99% contre bactéries, les champignons, mais aussi les virus et une large gamme de micro-organismes.

Photographie d'une sélection de pièces fabriquées en PA2200

Propriétés techniques des pièces (a) Photographie d’une sélection de pièces fabriquées en PA2200 (à gauche) à côté du matériau composite B65003 à 1 % (à droite). (b) Courbes de contrainte-déformation brutes provenant d’essais de traction. (c) Comparaison du module de Young (E), de la résistance à la traction ultime (σuts) et de l’allongement à la rupture (εmax) pour les deux matériaux. Crédits photo : université de Sheffield