COMPAMED Innovationsforum 2024 : Les technologies d'implantation révolutionnent la technologie médicale

Discrets et pourtant très innovants - les implants sont des produits de haute technologie (© Constanze Tillmann).

Les implants médicaux ont révolutionné le secteur de la santé. De petits appareils puissants prennent de plus en plus de fonctions dans le corps humain grâce à la miniaturisation et à l'intelligence croissante. « Des stimulateurs cardiaques aux articulations artificielles en passant par de nouveaux implants neurologiques, ils offrent une large gamme de solutions pour les besoins médicaux », explique le Dr Thomas R. Dietrich, PDG de l'association professionnelle Mikrotechnik IVAM. « La technologie des implants intelligents » était, dans ce contexte, le thème général du forum d'innovation COMPAMED de cette année. L'événement numérique, organisé sous forme de webinaire le 3 juin, a été à nouveau réalisé conjointement par l'IVAM et le salon Düsseldorf, et a permis d'esquisser un aperçu d'un thème central de COMPAMED, qui se tiendra à nouveau dans les halls 8a et 8b de la foire de Düsseldorf du 11 au 14 novembre 2024.

Le salon international de référence pour le secteur des fournisseurs de l'industrie de la technologie médicale, qui se tient toujours parallèlement au salon médical mondial MEDICA, offre tout le spectre des matériaux, systèmes, produits et services pour la technologie médicale. « L’année dernière, MEDICA et COMPAMED ont accueilli au total 83 000 visiteurs. Sur la base de la tendance actuelle des réservations, nous prévoyons à nouveau environ 750 exposants à COMPAMED et plus de 5 000 à MEDICA », indique Christian Bigge de la foire de Düsseldorf, en regardant en arrière et en avant.

Les données du marché, notamment celles de la société de recherche Skyquest Technologies Group, attestent de l'importance actuelle et future des implants médicaux. Selon elles, le marché mondial des implants médicaux a été estimé à 90,3 milliards de dollars en 2022 et devrait atteindre 152,85 milliards de dollars d'ici 2030, avec un taux de croissance annuel de 6,8 %. Les implants médicaux ont été conçus pour restaurer les fonctions corporelles, soulager la douleur et améliorer la qualité de vie. Un facteur clé de croissance sur ce marché est la prévalence croissante des maladies chroniques et des affections liées à l'âge, telles que l'arthrose, les maladies cardiovasculaires et les dégénérescences discales. Par ailleurs, les progrès technologiques dans les domaines des implants et des techniques chirurgicales contribuent à la croissance du marché, en permettant le développement de procédures encore plus précises et peu invasives. Le marché mondial des implants médicaux offre d'importantes opportunités de croissance et de développement. Des innovations technologiques telles que l'impression 3D, les matériaux biocompatibles et la nanotechnologie promettent le développement d'implants sur mesure, d'interfaces améliorées et de biocompatibilité accrue.

Vers des implants intelligents grâce à la force magnétique

Les aimants jouent un rôle clé dans le développement des implants « intelligents ». Deux facteurs sont particulièrement importants : la technologie magnétique améliore les résultats pour le patient en réduisant d'une part l'invasivité et en augmentant la qualité de vie, et d'autre part, elle couvre un très large spectre d'applications, des implants cochléaires aux médicaments implantables. Cela s'explique également par la disponibilité de matériaux à la fois magnétiques doux et durs. Lorsqu'ils sont magnétisés, ces types de matériaux présentent des comportements, des applications et des possibilités d'utilisation différentes : les matériaux magnétiques doux peuvent être modifiés relativement facilement dans leur état magnétique, tandis que les matériaux magnétiques durs, une fois magnétisés, sont difficiles à modifier et sont considérés comme permanents. « Grâce à cette diversité, l'utilisation de nos aimants offre une série d'avantages technologiques et cliniques. Parmi ceux-ci, la commande fine de la fonction de l'implant pour de meilleurs résultats thérapeutiques, les ajustements non invasifs et la transmission d'énergie, un confort accru pour le patient grâce à des implants plus petits et plus efficaces, ainsi qu'une sécurité améliorée grâce au strict respect des normes légales », explique Mike Schilling, responsable du marché médical chez Dexter Magnetic Technologies.

L'entreprise est l'un des principaux développeurs de solutions magnétiques pour les dispositifs médicaux implantables. Parmi ses produits, on trouve par exemple un dispositif d'assistance cardiaque utilisant des pompes cardiaques mini-invasives nécessitant des moteurs miniaturisés. Un moment magnétique élevé assure le couple nécessaire, tandis qu'une forte coercitivité offre une résistance à la démagnétisation. « Cela nous permet de réduire encore la taille et le rapport de forme », indique Schilling. Un autre exemple : la tige intramédullaire, un implant doté d’un mécanisme magnétique-mécanique unique, permettant une extension osseuse très précise des membres inférieurs. Cela est rendu possible par l’utilisation d’alliages de titane et de matériaux sans ferrite, qui utilisent le magnétisme pour transmettre la force. Avec cet implant, une extension osseuse allant jusqu’à 85 millimètres peut être réalisée. Un projet de drainage lymphatique est actuellement en cours de développement. Il utilise la technologie de couplage magnétique pour faciliter le mouvement et l’écoulement de la lymphe, et vise à surmonter les limites des méthodes actuellement utilisées.

Impression 3D de plus en plus importante pour les technologies d'implants

Ce n’est qu’en 2011 que Formlabs, fondée par trois étudiants, est devenue aujourd’hui le plus grand fabricant mondial d’imprimantes 3D professionnelles utilisant les technologies de stéréolithographie (SLA) et de frittage laser sélectif (SLS). Formlabs développe et produit toute la gamme de matériel, logiciels et matériaux pour l’impression 3D, tant pour le prototypage que pour la production. À lui seul, 60 employés travaillent dans la recherche sur les matériaux, notamment sur des résines biocompatibles indispensables en médecine. Lors de sa contribution au forum d’innovation COMPAMED, Shiden Yohannes, responsable du développement du marché médical chez Formlabs, a montré les progrès considérables réalisés par l’impression 3D ces dernières années, notamment dans le domaine des implants. Des études menées à l’Université de Gand, en Belgique, illustrent par exemple l’utilisation de modèles d’enseignement et de formation pour le stenting des artères carotides (stenting carotidien, CAS).

Grâce à l’impression 3D, il est possible de reproduire des anatomies spécifiques au patient et d’y insérer des stents pour simuler la procédure. Ces modèles sont ainsi utilisés pour la formation endovasculaire et pour l’information des patients. Dans cette étude, c’est probablement la première fois qu’un modèle 3D imprimé à moindre coût, personnalisé, a été utilisé pour enseigner la pose de stents CAS sous visualisation directe et sans fluoroscopie. Pour cela, des angiogrammes CT ont été convertis en format STL à l’aide d’un logiciel spécifique (« Mimics inPrint »). Les artères carotides ont été coupées des deux côtés pour que l’ensemble du modèle tienne dans une imprimante « Formlabs 2 », sans laisser de place au diamètre intérieur du vaisseau. Grâce à cette étude, il a été démontré que, d’une part, la fabrication à faible coût de modèles très complexes en milieu hospitalier est possible, et que, d’autre part, l’impression de modèles 3D spécifiques au patient peut aider, en préopératoire, à la sélection précise du patient, à la planification chirurgicale, à la formation spécifique à chaque cas et à l’information du patient.

Nouvelle prothèse mammaire bio-imprimée en 3D

L’Europe figure parmi les régions du monde où le taux de cancer du sein est le plus élevé. En Europe, une femme sur onze développe ce type de cancer au cours de sa vie. La mastectomie constitue une intervention particulièrement éprouvante pour les patientes. Le projet européen MAT(T)ISSE repose sur le développement d’une nouvelle bio-prothèse, un implant médical de classe 3. Celui-ci doit aider le corps humain à restaurer les zones de tissus endommagées après une intervention chirurgicale curative. Une telle reconstruction tissulaire est rendue possible par le prélèvement autologue de cellules graisseuses (tissu adipeux), qui sont réimplantées sous forme d’un réseau synthétique et résorbable sur une structure textile. Cette structure est combinée à une coque bio-résorbable, sur mesure, qui délimite le volume à reconstruire. L’implant se compose d’un support de croissance cellulaire (pointe) ainsi que d’une coque imprimée en 3D à partir du même matériau bio-résorbable. Les techniques de fabrication additive permettent, à partir d’IRM, de créer des bio-prothèses personnalisées adaptées à la morphologie de chaque patient. La coque résorbable disparaît finalement, permettant à la patiente de retrouver une poitrine naturellement formée grâce à la régénération de ses propres cellules. Le projet MAT(T)ISSE se concentre principalement sur l’application dans le domaine des implants mammaires. Cependant, les chercheurs étudient également d’autres applications futures pour des implants reconstructeurs (chirurgie thérapeutique et esthétique), car le modèle développé dans ce projet pourrait être transféré à d’autres parties du corps (visage, visage, etc.).

Nouvelles possibilités de communication pour les implants

Alors que les implants deviennent de plus en plus « intelligents », la communication avec eux prend également une importance croissante. Lors du forum d’innovation COMPAMED, le Prof. Niels Benson de l’Université de Duisburg-Essen a présenté une nouvelle approche à cet égard. Il a fondé la start-up airCode pour réaliser une communication sans fil hors du corps. « Grâce à nos fonctions de simulation et de test avancées, nous pouvons concevoir et développer des modules de communication optimaux pour les dispositifs implantables actifs de prochaine génération ou d’autres applications WBAN (Wireless Body Area Network). Cela est même possible pour les applications Bluetooth in vivo », explique le chercheur, précisant l’objectif de l’entreprise.

Les implants classiques ne permettent pas d’interagir directement avec le patient. Les moyens de communication habituels, comme les smartphones, ne sont pas compatibles avec les implants médicaux. Pour recevoir des mises à jour ou interagir avec l’implant, un médecin et un équipement spécifique sont nécessaires. La nouvelle solution d’airCode repose sur le Bluetooth dans la bande ISM (2,4 à 2,48 GHz), où les pertes de signal typiques dues à une antenne implantée sont réduites. airCode propose des modules d’antennes propriétaires combinés à un logiciel de gestion des données pour l’intégration des applications. « Nous permettons la communication même dans les environnements les plus difficiles, comme à proximité de l’eau ou de métaux, en mettant l’accent sur la communication hors du corps pour des applications médicales. Cela va des fréquences standard médicales aux fréquences non standard comme Bluetooth, permettant une connexion directe entre votre application in vivo et les smartphones », résume le spécialiste Benson.

Étanchéité hermétique, fiabilité et durabilité : joints en verre-métal

Dans de nombreux cas, l’utilisation d’implants nécessite des techniques de montage et de connexion. Des assemblages étanches sont souvent indispensables. Il y a plus de 80 ans, le spécialiste du verre Schott a été le premier à développer des verres pour la fermeture hermétique du verre avec des métaux, dans le cadre de la division « Electronic Packaging ». Aujourd’hui, l’entreprise dispose d’un portefeuille unique de composants de boîtiers hermétiques innovants ainsi que de poudres de verre spécialisées haute performance, qui gagnent en importance dans le domaine des implants variés. La combinaison verre-métal présente de nombreux avantages : sa liaison crée un joint sûr, étanche et durable, qui ne se dégrade pas avec l’âge comme les matériaux d’étanchéité organiques. Les joints verre-métal sont également privilégiés lorsque des composants électroniques ou électrochimiques sensibles doivent être protégés de manière fiable et à long terme.

Tous les matériaux se dilatent et se contractent lorsqu’ils sont exposés à différentes températures. La technologie de combinaison du verre et du métal nécessite le choix du coefficient de dilatation thermique (WAK) approprié pour le verre, en fonction des métaux utilisés pour les conducteurs et les broches de contact électriques. Schott fabrique ces passages électriques et boîtiers à partir de matériaux biocompatibles pour dispositifs implantables, qui sont particulièrement fiables et durables. De plus, « des boîtiers entièrement en verre miniatures permettent la prochaine génération d’implants médicaux actifs et de batteries », a indiqué Julia Hütsch, responsable du marché médical chez Schott, lors de sa présentation, en soulignant l’avenir prometteur des boîtiers hermétiques et des connexions verre-métal. Parmi ces avantages figurent la flexibilité dans l’ordre d’assemblage, la compatibilité avec les niveaux de puces et de wafers, ainsi que la bonne aptitude pour les revêtements et composants sensibles. La transparence RF permet la transmission sans fil d’énergie et de données, la conception en verre n’interfère pas avec les processus d’imagerie médicale. Ces solutions se distinguent également par leur biocompatibilité, leur absence de nécessités de traitement ou d’adhésifs, et leur herméticité extrême. Elles sont également compatibles avec les applications cardiaques, telles que les stimulateurs cardiaques et les neurostimulateurs. De nombreux avantages dans un marché des implants en pleine croissance !

Système d’implantation Brain Interchange – flux d’informations direct entre le cerveau et l’ordinateur

Le développement du système Brain Interchange de CorTec a été présenté par le Dr Martin Schüttler, CTO et cofondateur de l’entreprise. « Le système est capable d’échanger des informations entre la biologie et la technologie, entre le cerveau et l’ordinateur. C’est pourquoi nous l’appelons CorTec Brain Interchange. Avec notre système, nous fournissons les outils technologiques nécessaires au développement de nouvelles thérapies et applications Brain-Computer Interface », explique Schüttler. Les maladies cérébrales sont très répandues et représentent donc non seulement une source de souffrance, mais aussi un enjeu économique important. Parmi celles-ci figurent, entre autres, les troubles anxieux, la migraine, la dépression, la démence, l’épilepsie, les AVC, la maladie de Parkinson, la sclérose en plaques et les tumeurs cérébrales. Le coût total des traitements pour toutes ces maladies s’élève à environ 480 milliards d’euros par an en Europe. Un large éventail de troubles cognitifs pourrait potentiellement être traité avec le système Brain Interchange, où les implants de neuromodulation constituent désormais une technologie éprouvée. Le marché de la neuromodulation profonde du cerveau a été estimé à 770 millions de dollars en 2023.

Récemment, l’autorité sanitaire américaine FDA a délivré une autorisation exceptionnelle (Investigational Device Exemption) à l’Université de Washington pour utiliser le système d’implantation Brain Interchange en étude clinique. Cette étude clinique porte sur un traitement innovant de la rééducation après AVC, utilisant la stimulation corticale pour améliorer la plasticité cérébrale. Avec l’autorisation d’utiliser le système Brain Interchange chez l’humain, CorTec est prêt à soutenir les cliniciens et les groupes de recherche avec sa technologie avancée d’implants dans l’étude de nouvelles options thérapeutiques pour les maladies neurologiques. Le Dr Oliver Baertl, PDG de CorTec, ajoute : « Nous sommes très heureux de la réponse de la FDA ! C’était une étape importante pour CorTec pour soutenir la recherche clinique dans le domaine en pleine expansion de la neuromodulation et des interfaces cerveau-ordinateur. Nous attendons de nombreuses autres études avec notre système. La première application chez l’humain sera la prochaine étape majeure pour notre technologie et notre entreprise. »

Polymères médicaux pour implants neuronaux intelligents

La fonctionnalité et la sécurité de nombreux implants ont atteint un point où ces dispositifs peuvent rester dans le corps pendant des décennies. Le Fraunhofer IZM peut se targuer d’une longue histoire dans la promotion de l’introduction d’appareils implantés dans la norme de soins médicaux. Cela inclut des développements révolutionnaires tels que les packages à l’échelle de puce pour les stimulateurs cardiaques, les systèmes de contrôle de pompes de chimiothérapie implantables, des modules pour implants rétiniens et des interfaces cerveau-ordinateur sans fil directement connectées à la cortex cérébral. Les compétences du Fraunhofer IZM vont de la sélection des matériaux et de la miniaturisation aux tests de fiabilité et à l’évaluation des risques sur le plan technique et biologique. Le IZM collabore avec des entreprises et des institutions de recherche de premier plan dans le monde entier. Grâce à la technologie biocompatible pour les interfaces neuronales actives, l’électronique de stimulation peut être intégrée dans des substrats souples et biocompatibles en polyuréthane, et, à l’aide d’électrodes en or, stimuler les nerfs périphériques. Les implants neuronaux nécessitent une multitude de composants pour fonctionner en système fermé de façon durable. Leur fabrication, à partir de substrats flexibles et selon des normes élevées de fiabilité et de sécurité pour l’implantation, constitue un défi. Le groupe de travail sur la technologie de la bioélectronique du IZM développe des technologies de plateforme flexibles pour l’intégration et la connexion de divers composants dans des substrats en polymères souples. Les techniques de flip-chip et d’intégration sont utilisées pour l’intégration de composants fixes tels que circuits minces ou transducteurs à ultrasons. Les connexions métalliques entre composants intégrés dans le tissu et les électrodes sont réalisées par sputtering, galvanoplastie et plasma. Grâce à de nouvelles techniques de lithographie, les systèmes peuvent être hautement miniaturisés et précisément développés. Lors de sa présentation lors du forum d’innovation, la Prof. Vasiliki Giagka a présenté les résultats les plus récents d’une étude accélérée d’un an en laboratoire et en conditions in vivo sur le revêtement conformal des interfaces neuronales actives. « Nous avons notamment étudié le rôle du silicone et des couches passives standard pour IC comme barrières biologiques pour les implants monoblocs », explique Giagka.

Les implants sont depuis longtemps des « pièces de rechange » indispensables pour le corps humain. Leur développement progresse rapidement et couvre de plus en plus de domaines. Le forum d’innovation COMPEMED l’a clairement démontré. Ceux qui souhaitent découvrir l’ensemble de la chaîne de valeur du secteur des fournisseurs de la technologie médicale, au-delà du domaine des implants, peuvent se rendre à COMPAMED 2024 (du 11 au 14 novembre) dans les halls 8a et 8b de la foire de Düsseldorf. Cinq univers d’expérience présenteront les entreprises exposantes avec une multitude de solutions high-tech et de services. Ces univers sont : Manufacturing & Devices (composants, pièces, procédés de fabrication), Services & Advice (recherche, développement, services), Materials (plastiques, verre, céramique, métaux, composites, adhésifs, emballages), Micro Tech (microcomposants, microfluidique) et IT in Tech (développement logiciel et maintenance pour la technologie médicale).