Développement d’une bioprothèse résorbable par impression 3D pour une reconstruction mammaire autologue post-mastectomie

Development of a 3D-printed bioabsorbable implant for autologous breast reconstruction after mastectomy

• Auteur / Autrice : Marion Gradwohl
• Direction : Philippe Marchetti, Nicolas Blanchemain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance le 28/04/2021
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Karine Anselme, Joëlle Amédée Vilamitjana, Julien Payen, Yves Bayon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Xavier Garric, Jérémie Soulestin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Impression tridimensionnelle

Polymères

Ingénierie tissulaire

Implant résorbable

Implants mammaires

Médecine régénérative

instrumentation

Mammoplastie

Mastectomie

chirurgie

Tumeurs du sein

Impression 3D

Prototypage rapide

Polymères en médecine

Génie tissulaire

Biomatériaux

Prothèses mammaires

Médecine régénératrice

Mammoplastie

Mastectomie

Chirurgie

Cancer du sein

Mots clés libres

Polymères biorésorbables

Reconstruction mammaire

Fabrication additive

Bioabsorbable polymers

Additive manufacturing

Breast reconstruction

Résumé

Les patientes atteintes d’un cancer du sein bénéficient pour la plupart d’une mastectomie, qui consiste en une ablation du sein dans le but de retirer les cellules tumorales. Cet acte chirurgical entraîne une perte conséquente de tissu et peut être alors suivi d’une opération de reconstruction mammaire afin de combler le volume manquant. Il existe aujourd’hui un certain nombre de méthodes de reconstruction, cependant toutes présentent à la fois des avantages et des inconvénients. Les recherches actuelles sont orientées vers le développement de solutions de reconstruction innovantes à partir des propres tissus des patientes. Parmi elles, la reconstruction par chambre d’ingénierie tissulaire (TEC) semble prometteuse pour reconstruire des volumes plus importants.L’objectif de ce travail de thèse est de proposer une amélioration des TEC en ayant recourt à l’impression 3D de matériaux biorésorbables. L’utilisation de polymères thermoplastiques biorésorbables permet de ne pas avoir à réaliser une seconde chirurgie après la reconstruction qui consisterait en le retrait de l’implant. De plus, utiliser l’impression 3D comme moyen de fabrication permettra à terme de proposer aux patientes des implants sur-mesure adaptés à leur morphologie et donc d’améliorer l’aspect esthétique de la reconstruction.L’étude a d’abord porté sur le choix d’un procédé de fabrication additive et d’une méthode de stérilisation pour le développement de l’implant permettant de minimiser la dégradation des biomatériaux sélectionnés. La fabrication par dépôt de filament fondu ainsi que la stérilisation par oxyde d’éthylène ont été retenues comme moyen de production de l’implant final stérile. Une étude de dégradation in vitro a ensuite été réalisée dans le but de déterminer les profils de résorption des PLGA et PLCL. Enfin, une étude in vivo a été conduite sur un modèle rat qui nous a permis de valider le concept de TEC résorbable imprimée en 3D. Les deux biomatériaux résorbables sélectionnés se sont donc montrés compatibles avec le procédé de reconstruction par chambre d’ingénierie tissulaire et ont donc permis la croissance du lambeau graisseux au cours du temps au sein de la TEC.

Mastectomy is one of the most common way to treat breast cancer, it consists in the removal of breast tissue to remove tumor cells. This surgical act causes a consequent loss of tissue and can then be followed by a breast reconstruction operation to fill in the missing volume. Implant based or autologous fat grafting (fat flap or lipofilling) are some of breast reconstruction method, however they all have advantages and drawbacks. Tissue engineering chamber (TEC) using fat flap from the patient’s own tissue could be a promising solution to restore large volume of mature and vascularized adipose tissue and a therapeutic alternative to current breast reconstruction techniques.The main objective of this thesis it to improve TEC by using additive manufacturing and bioabsorbable polymers. The use of bioresorbable thermoplastic polymers eliminates the need for a second surgery, which would consist of removing the implant after breast reconstruction. In addition, using 3D printing to manufacture the TEC will allow patients to be offered tailor-made implants adapted to their morphology and therefore improve the aesthetic aspect of the reconstruction.The study first focused on the choice of an additive manufacturing process and a sterilization method for the development of the implant to minimize the degradation of the selected biomaterials. Fused Filament Fabrication (FFF) as well as ethylene oxide sterilization were chosen as means of producing the final sterile device. An in vitro degradation study was then carried out to determine the resorption profiles of PLGA and PLCL. Finally, an in vivo study was carried out on a rat model which enabled us to validate the concept of 3D-printed bioabsorbable TEC. The two selected polymers were therefore shown to be compatible with the tissue engineering chamber reconstruction process and thus allowed the growth of the fat flap over time within the TEC.