La mer, nouveau terrain de jeu inattendu pour l’impression 3D biocompatible

Les microalgues émergent comme une source prometteuse de matériaux durables pour l’impression 3D laser. Une équipe internationale de chercheurs a réalisé une avancée significative dans ce domaine, ouvrant la voie à de nouvelles applications biomédicales.

Les microalgues telles que la diatomée Odontella aurita et l’algue verte Tetraselmis striata se distinguent par leur teneur élevée en lipides et en pigments photoactifs. Ces caractéristiques les rendent particulièrement adaptées à la production de matériaux durables pour l’impression 3D laser.

Une équipe internationale de recherche, dirigée par le Professeur Eva Blasco de l’Université de Heidelberg, a réussi pour la première fois à fabriquer des encres destinées à l’impression de microstructures 3D biocompatibles complexes à partir de matières premières extraites de microalgues. Les matériaux issus de microalgues pourraient être utilisés à l’avenir comme base pour des implants ou des supports de culture cellulaire 3D.

L’impression 3D laser à deux photons : une technique de pointe

Parmi les techniques de fabrication additive, l’impression 3D laser à deux photons offre des avantages particuliers pour la fabrication à l’échelle micro et nanométrique. Sa résolution remarquable trouve des applications dans de nombreux domaines, notamment l’optique, la photonique, la microfluidique et la biomédecine.

Le processus implique la focalisation d’un faisceau laser sur une résine liquide photoréactive, appelée «encre». Au point focal, la lumière laser active des molécules spéciales connues sous le nom de photoinitiateurs et déclenche une réaction chimique, provoquant la solidification locale de l’encre.

Des matériaux durables pour l’impression 3D

Jusqu’à présent, des polymères d’origine pétrochimique ont été principalement utilisés comme encres pour ce processus d’impression 3D laser de haute précision. Cependant, ces polymères contribuent à l’épuisement des combustibles fossiles et à l’émission de gaz à effet de serre, et peuvent également contenir des composants toxiques, comme le souligne le Professeur Blasco.

Les microalgues se révèlent particulièrement adaptées comme «bio-usines» pour la production de matériaux durables pour l’impression 3D en raison de leur croissance rapide, de leur fixation du CO2 pendant la culture et de leur biocompatibilité. Le Professeur Blasco a déclaré : « Malgré leurs avantages, les microalgues ont à peine été considérées comme matières premières pour l’impression 3D basée sur la lumière. »

Une première mondiale : des encres biocompatibles issues de microalgues

L’équipe de recherche a réussi pour la première fois à extraire des matériaux biocompatibles pour l’impression 3D laser haute résolution à partir de microalgues. Pour leurs expériences, les chercheurs ont sélectionné deux espèces – la diatomée Odontella aurita et l’algue verte Tetraselmis striata – qui contiennent des niveaux particulièrement élevés de lipides sous forme de triglycérides.

L’équipe a extrait les triglycérides et les a fonctionnalisés avec des acrylates pour faciliter un durcissement rapide sous irradiation lumineuse. Les pigments verts photoactifs présents dans les microalgues se sont avérés adaptés comme photoinitiateurs. Lorsqu’ils sont exposés à la lumière, ils déclenchent la réaction chimique qui solidifie l’encre en une structure tridimensionnelle.

Clara Vazquez-Martel, doctorante dans l’équipe de recherche d’Eva Blasco à l’IMSEAM, a expliqué : « De cette manière, nous évitons d’utiliser des additifs potentiellement toxiques comme les photoinitiateurs utilisés dans les encres conventionnelles. »

Des applications prometteuses en sciences de la vie

En utilisant le nouveau système d’encre, les chercheurs ont pu produire différentes microstructures 3D avec une grande précision, présentant des caractéristiques complexes telles que des toits en surplomb et des cavités. À l’aide d’expériences de culture cellulaire, les chercheurs ont également étudié la biocompatibilité des encres à base de microalgues.

Ils ont préparé des micro-échafaudages 3D sur lesquels les cellules ont été cultivées pendant environ 24 heures. Ils ont observé un taux de survie de près de 100%. Le Professeur Blasco a conclu : « Nos résultats ouvrent de nouvelles possibilités non seulement pour une impression 3D plus durable avec la lumière, mais aussi pour des applications en sciences de la vie – des cultures cellulaires 3D aux implants biocompatibles.« 

Cette recherche a été menée dans le cadre du Cluster d’Excellence «3D Matter Made to Order», une collaboration entre l’Université de Heidelberg et l’Institut de Technologie de Karlsruhe (KIT). L’étude a impliqué des chercheurs de Heidelberg, du KIT et de la Banque Espagnole d’Algues de l’Université de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC, Espagne). Les travaux ont été financés par la Fondation Allemande pour la Recherche, la Fondation Carl Zeiss, le Fonds de l’Industrie Chimique et l’Union Européenne dans le cadre du Programme de Coopération Territoriale Européenne.

Légende illustration : La recherche d’encres respectueuses de l’environnement a conduit les chercheurs vers les biofactories de microalgues, qui offrent une solution de biomasse renouvelable.

Article : ‘Microalgae-Based Materials for 3D Printing with Light. Advanced Materials’ / ( 10.1002/adma.202402786 ) – Heidelberg University – Publication dans la revue Advanced Materials