Labos de recherche, tremplin pour start-up : 4 pépites techno de la fabrication d'échantillons et prototypes

La bio-impression fait peau neuve grâce à Poietis

Il y a encore une dizaine d’années, les bio-imprimantes relevaient davantage de la science-fiction que de l’instrument de laboratoire. Elles sont aujourd’hui de plus en plus utilisées pour la production de « bio-essais », des échantillons biologiques sur mesure servant à évaluer l’effet de certaines substances sur les cellules vivantes. Les premières applications de ces machines portent sur l’impression de tissus cutanés. Un domaine dans lequel Poietis est devenu l’un des champions mondiaux.

Contrairement à la majorité des procédés de bio-impression qui reposent sur l’extrusion ou la dépose goutte à goutte d’une « bio-encre » chargée de cellules, l’imprimante de Poietis utilise une technique de fabrication additive par laser. Le système se compose d’une source laser impulsionnelle, d’une « cartouche » constituée d’une lame en verre sur laquelle est étalée l’encre contenant les cellules, et d’un support recouvert d’un substrat. Le laser est focalisé sur la cartouche, à l’interface entre la lame de verre et la bio-encre. Il se produit alors un phénomène de cavitation qui génère une bulle à la surface de la bio-encre. Celle-ci grossit jusqu’à se transformer en un jet qui va déposer les cellules sur le substrat. « Chaque tir de laser génère donc une goutte. Comme nous travaillons avec des lasers pouvant de fournir 5 000 impulsions par seconde, nous déposons 5 000 gouttes de bio-encre par seconde. C’est un procédé très rapide », affirme Fabien Guillemot, ancien chercheur à l’Inserm et fondateur de Poietis.

Autre avantage de cette technique : il y a peu de pertes dans le nombre de cellules imprimées. « Les imprimantes reposant sur l’extrusion ou le jet d’encre impliquent de faire passer les cellules dans un orifice, poursuit Fabien Guillemot. Cela crée un effet de cisaillement important au niveau de la tête d’impression qui détruit un grand nombre de cellules. » Le laser utilisé par Poietis fonctionne à une longueur d’onde de 1 064 nanomètres – soit le proche infrarouge –, qui est celle ayant le moins d’interactions possible avec l’ADN. Par ailleurs, si ce laser est rapide, il est peu énergétique : de l’ordre du microjoule par tir. Poietis fabrique aujourd’hui deux machines fondées sur cette technologie : la NGB-R (la Next generation bioprinter for research), dédiée aux applications de recherche, et la NGB-C (Next generation bioprinter for clinical use) pour l’impression de tissus dans les cliniques. La société travaille actuellement avec l’AP-HM (Assistance publique – Hôpitaux de Marseille) pour préparer les essais cliniques d’une peau bio-imprimée. Ils pourraient débuter dès l’an prochain. Ce qui constituerait une première mondiale.

Hummink rend la nano-impression plus polyvalente

De la santé (bio-impression de marqueurs ou de cellules) à l’électronique imprimée (semi-conducteurs), la nano-impression intéresse de nombreux domaines de la recherche. Cependant, les technologies actuellement développées, comme l’impression 3D à deux photons qui utilise des lasers ultrarapides, sont coûteuses et peu polyvalentes. Fondée en 2018 par des ingénieurs de l’École normale supérieure (ENS), et hébergée au sein de l'incubateur de l'ESPCI à Paris, la société HummInk a mis au point un système d’impression par dépôt d’encre.

Sa technologie combine microfluidique et physique de précision : un capillaire d’une dizaine de nanomètres de largeur et terminé par un nanotube de carbone sert de « stylo » pour déposer l’encre. Celui-ci est placé sur un diapason qui, excité mécaniquement par des actuateurs piézo-électriques, adopte une fréquence d’oscillation autour du kilohertz. «Ce mouvement, finement contrôlé, permet de pousser l’encre le long du capillaire », explique Amin M’Barki, le directeur général d’HummInk. Le système permet une précision de dépose de 100 nanomètres.

La société a conclu un accord avec le laboratoire Interface, traitements, organisation et dynamique des systèmes (Itodys) de l’université de Paris, qui travaille sur des encres conductrices pour des applications en électronique imprimée. « Notre technologie facilite les travaux des chercheurs d’Itodys en leur permettant de réaliser très rapidement des essais et des prototypes de composants imprimés », se félicite Amin M’Barki. 

Tobeca relie chercheurs et makers

Pour faire avancer leurs travaux, les chercheurs doivent souvent développer un sens aigu de la bricole.  Comme Adrien Grelet, un maker passionné par l’impression 3D, qui s’est lancé en 2013, dans la commercialisation d’imprimantes sur mesure avec sa société, Tobeca. « Les scientifiques, comme les makers, n’ont pas besoin d’un produit fini sur étagère, explique-t-il. C’est à la machine de s’adapter au besoin. » En 2016, il est approché par le laboratoire 3d.FAB, qui lui commande plusieurs machines dont une dédiée à l’impression d’hydrogel.

Tobeca met ensuite au point, pour le Laboratoire des multimatériaux et interfaces (LMI), une machine capable d’effectuer de l’electrospinning : un champ électrique permet d’organiser les fibres extrudées à l’échelle nanométrique. La chambre d’impression est directement intégrée dans une boîte à gants pour faciliter les manipulations par les chercheurs. Tobeca maîtrise plusieurs systèmes d’impression, tels que l’extrusion mécanique ou pneumatique, et peut créer des conditions spécifiques dans la chambre d’impression, comme une salle blanche ISO 7. La société réalise aujourd’hui 40 % de son chiffre d’affaires dans la recherche.