Jeudi, 17 novembre 2022
Imprimer de l'os en 3D : de la matière au patient
Dr. Frédéric Boschini, R&D Powder Manager (GreenMAT, ULiège)
Grégory Nolens, Managing Director & CSO (Cerhum)

LIEGE CREATIVE, en partenariat avec :

Dr Frédéric Boschini
Imprimer de l’os en 3D
De la matière au patient
Liège Créative, 17/11/2022

© ULiège – GREEnMat
OS = tissu complexe vascularisé
Rôle mécanique
support à l’insertion pour les
muscles, les tendons,
et les ligaments)
Rôle fonctionnel
au travers hématopoïèse
(moelle)
Rôle métabolique
au travers des
échanges ioniques
Composition de la matrice osseuse
- 50 à 70% d’hydroxyapatite (HAP)
(phase minérale),
- 20 à 40 % de matrice organique;
- 5 à 15 % d’eau
1.1 COMPOSITION DE L’OS

© ULiège – GREEnMat
Os = biomatériau composite
Composante
Minérale
Composante
Organique
Collagène assure l’élasticité, la hiérarchisation de la structure du biomatériau et
de matrice à la croissance des nanoparticules d’hydroxyapatite
> Très haute complexité et échelle nanométrique
> Difficulté de reproduction avec les moyens technologiques actuels
1.1 COMPOSITION DE LA MATRICE OSSEUSE

© ULiège – GREEnMat
Fractures
- Fracture simple (os brisés sans complications-plâtres)
- Fracture complexe ostéosyntèse de fracture
(fractures complexes-fixateur)
Greffes (déficience osseuse)
- Autogreffes (os du patient)
- Double chirurgie (récupération/confort)
- Difficulté de conserver les propriétés métaboliques
- Peu de flexibilité sur la forme de l’os à implanter
- Faible quantité de matériau disponible
à Implants osseux de synthèse personnalisables
2. STRATÉGIE DE RÉPARATION OSSEUSE
à Objectif: ne pas remplacer l’os

© ULiège – GREEnMat
Cahier des charges Objectif
Biocompatible Eviter la réponse inflammatoire
Osteoinduction Faciliter l’ostéogènèse et régénération osseuse
Chimique Influencer le comportement des cellules
Surface-topographie Influencer l’adhésion, la prolifération et la
différenciation des cellules
Structure
tridimensionnelle
Influencer la formation de nouveaux tissus et la
vascularisation
Mécanique Supporter des tissus
Porosité Influencer la vascularisation/les échanges/la
régénération
Mouillabilité Influencre l’adhésion des protéines et des
cellules
à Quels matériaux ?
3. PROPRIÉTÉS DES IMPLANTS

© ULiège – GREEnMat
Métalliques
Biomatériaux
- Zircone (dentisterie)
- Hydroxyapatite
(reconstruction osseuse)
4. MATÉRIAUX

© ULiège – GREEnMat
Ca10(PO4)6(OH)2
Ca3(PO4)2
Phosphate tricalcique - TCP Caractéristiques des poudres biocéramiques
- Stabilité chimique
- Bonne résolution structurelle
- Maitrise de la rugosité de surface
- Densification importante.
- Ca/P= 1,68
- Stable thermiquement
- Capacité substitution élevée
- Faible taille de grain :
submicronique/nano
- Ca/P< 1,68
- Instable thermiquement
- Dissolution dans le corps
5. HYDROXYAPATITE VS PHOSPHATE TRICALCIQUE
Hydroxyapatite – HAP

© ULiège – GREEnMat
6. SOLUTIONS COMMERCIALES-HAP/TCP

© ULiège – GREEnMat
ETAPE 1
MODELISATION-POSITIONNEMENT
ETAPE 2
IMPRESSION
ETAPE 3
POST-
TRAITEMENT
6. PROCÉDÉ D’IMPRESSION 3D-GÉNÉRALITÉS

© ULiège – GREEnMat
Poudre
hydroxyapatite
Réalisation
feed stock
Impression
Nettoyage
Déliantage et
frittage
Procédé multi-étapes, long et complexe
Durée fabrication d’une pièce: 48 et 96 heures
8. PROCÉDÉ D’IMPRESSION DE CÉRAMIQUES

© ULiège – GREEnMat
Taille
Morphologie
Composition
Surface
spécifique
Taux
d’agglomération
POUDRE
Poudre Caractéristiques
Feed stock (fil/poudre/pâte) Homogénéité - Taux matière sèche - Stabilité
Impression Vitesse - Puissance - Résolution
Pièce finale imprimée Densité - Propriétés mécaniques - Microstructure
8.1 POUDRE D’HYDROXYAPATITE

© ULiège – GREEnMat
Impression
Céramiques
FIL
POUDRE PATE
8.2 TECHNOLOGIES D’IMPRESSION

© ULiège – GREEnMat
Marque Produit Taille impression Pays Prix
ZMorph VX 250 × 235 × 165 mm – 2 845 €
WASP DeltaWASP 2040 Clay 200 x 400 mm I 3 000 €
StoneFlower 4.0 Multimaterial 3D printer 500 × 500 × 800 mm All 3 699 €
3DPOTTER 3D PotterBot 9 420 × 360 × 480 mm – 4 930 €
VormVrij LUTUM 5 430 × 450 × 500 mm NL 9 730 €
Lynxter S600D 390 x 600 mm France 50 000 €
Pollen AM Pam Series MC 300 x 300 mm – 135 000 €
Admatec ADMAFLEX 130 x 96 × 54 mm NL 125 000 €
Lithoz CeraFab 7500 76 × 43 × 170 mm Autriche 250 000 €
XJet Carmel 700C 500 × 140 × 200 mm Israel 599 000 €
3DCeram C3600 ULTIMATE 600 × 600 × 300 mm F >500 000€
Desktop Metal X160Pro 500 × 800 × 400 mm USA >500 000€
8.3 MARCHÉ-IMPRIMANTES CÉRAMIQUES

© ULiège – GREEnMat
INCONVENIENTS
- Besoin d’un fil chargé en céramique/production
- Objets peu denses
- Rugosité élevée
- Faible résolution/buse fusion: 500 µm
AVANTAGES
- Très haute productivité
- Transférabilité vers les métaux et céramiques colorées
- Pièces de grandes tailles
FUSION
REFROIDISSEMENT
à NON UTILISEE POUR LA FABRICATION COMMERCIALE D’IMPLANTS
8.4 DÉPÔT DE FIL

© ULiège – GREEnMat
8.5 BINDER JETTING/ IMPRESSION PAR JET DE LIANT

© ULiège – GREEnMat
AVANTAGES
- Utilisation d’une poudre
- Transférabilité vers métaux et céramiques colorées
- Très haute productivité (5X)
- Pas de support
- Pièces de grandes tailles
INCONVENIENTS
- Faible résolution
- Etat de surface vs taille de poudre
- Fragilité de la pièce verte
à POTENTIEL ELEVE
POUR LA FABRICATION D’IMPLANTS
8.5 BINDER JETTING/ IMPRESSION PAR JET DE LIANT

© ULiège – GREEnMat
ZipDose technology- Spritam® (levetiracetam)
Premier médicament réalisé par binder jetting
Société APRECIA
8.5 BINDER JETTING/ IMPRESSION PAR JET DE LIANT

© ULiège – GREEnMat
COMPOSITION
- Monomère
- Oligomère
- Photoinitiateur
- Diluant
- Stabilisant
-…….
POUDRE
8.6 STÉRÉOLITHOGRAPHIE

© ULiège – GREEnMat
Pâte d’impression à Etalement des pâtes
Idealité
D1
D1+D5
D1+D3
D1+D2
Rhéofluidifiant
Capacité de régénération
8.6 STÉRÉOLITHOGRAPHIE

© ULiège – GREEnMat
8.6 STÉRÉOLITHOGRAPHIE

© ULiège – GREEnMat
INCONVENIENTS
- Céramiques blanches
- Faible productivité
- Nettoyage compliqué des pièces
- Haute réactivité des pâtes/durée de vie
AVANTAGES
- Contrôle fin de la structure
- Impression à la demande (marché de niche)
- Pièces de petites et moyenne tailles
- Très bonne résolution: 30 µm
à IDEALE POUR L’IMPRESSION D’IMPLANTS
8.6 STÉRÉOLITHOGRAPHIE

© ULiège – GREEnMat
Traitement thermique des implants
Diffusion superficielle Densification volumique Croissance des grains
Objectifs:
- Elimination de la phase organique (déliantage)
- Consolidation de la pièce (frittage)
Palier 1
Palier 2
Palier 3
Palier 4
T2 °C/h
T3°C/h
T4°C/h
T1 °C/h
T5°C/h
50 à 100 heures
Durée (heures)
T (°C)
BESOIN DE DEVELOPPER ET
D’INVESTIGUER DE NOUVELLES
METHODES DE DELIANTAGE/FRITTAGE
8.6 STÉRÉOLITHOGRAPHIE

© ULiège – GREEnMat
8.7 L’INGÉNIERIE DES POUDRES
AU SERVICE DE L’INDUSTRIE
POWDPRINT
W2W
Convention n°1810019
- Contrôle qualité poudres
- Protocole choix résine/PI
- Test et critères rhéologiques des pâtes
- Test photopolymérisation
- Contrôle taux polymérisation
- Outil prédictif à résolution radiale
- Conditions optimales impression
- Aucun rebut au déliantage/frittage
- Densité > 95 %
- Pas de phase secondaire
Outils prédictifs
Robustesse accrue du procédé
Rebuts minimisés
Emulation constante
Réflexion sur la recyclabilité des composants
…

© ULiège – GREEnMat
Group of Research in Energy and Environnement from Materials 24
Contact:
University of Liege
GREENMAT
Quartier AGORA (B6)
Allée du 6 août, 13
4000 Liège
Frédéric Boschini : frederic.boschini@uliege.be
Website : http://www.greenmat.be
Merci pour votre attention
Merci tout particulier au sein du GREEnMat:
- Audrey Schrijnemakers
- Renaud Hastir
- Raphaël Closset

Grégory Nolens, PhD
Founder and CSO

• Decrease the side effects of
autograft and free flaps
• Decrease the risk
• Simplify the procedure
• Decrease time of surgery
• Better esthetic result
• Decrease pain and morbitiy
Patient: Abidia – 22 years old – Belgium
2
Our vision
DO NOT DISTRIBUTE - FOR INTERNAL USE ONLY
Patient: Abidia – 22 years old – Belgium
https://www.youtube.com/watch?v=i_sW-7sjeFM

Advanced Bone graft solution
3
Interconnected pores
Similar to bone composition (Ca-P)
Bone and blood
vessels ingrowth Free shaping
Optimized porosity
High accuracy

Patient-specific bone graft
Regeneration up to 7x faster
Osteointegration and osteoconduction
Safe and 100% biocompatible: HA is the main
component of natural bone
Time, risks and surgery costs reduced
AFMPS & ANSM approved; ISO 13485 certified
Up to 4 years post-op follow-up
4

Unparalleled osteoconduction –preclinical trials
Unique properties of MyBone: the key is vascularization
5

Illustration

Disruptive tissue ingrow & regeneration
Vertical regeneration
7
Van Hede et al., Adv. Funct. Mater. 2021, 2105002
(MyBone)

Clinical use

Fast and easy digital planning
https://mybone.cerhum.com/login

Trauma - Maxillary bone defect
STRICTLY CONFIDENTIAL - DO NOT SHARE OR REPRODUCE WITHOUT WRITTEN CONSENT OF CERHUM
• Post-op 6 months: “On the CT scan, I can definitely see osseointegration around the MyBone graft. Even
around the screw that fixes the graft. You can only see the osseointegration at the edges where it connects
to the bone; you can see that the bone has more contact with the graft than in the scan from immediately
one day post-op. You can also see layers of new bone formation, so it has been proven that the material
has no negative effect on new bone formation.”

Trauma - Maxillary bone defect
STRICTLY CONFIDENTIAL - DO NOT SHARE OR REPRODUCE WITHOUT WRITTEN CONSENT OF CERHUM
1 day post-op - 6 months post-op

Palate reconstruction after osteonecrosis

Next step:
MyBone as a vascularized graft

Bone repair after tumor removal: vascularized MyBone

Unique properties of MyBone: the key is vascularization
21 weeks – ex-vivo microCT
Guided vascularization in MyBone graft, next to fat tissue (rat)
In collaboration with Dr Ronsmans and CER Marloie

MyBone as a living Bone graft
In collaboration with CHU Toulouse

© Copyright Cerhum 2022 - STRICTLY CONFIDENTIAL - DO NOT SHARE OR REPRODUCE WITHOUT WRITTEN CONSENT OF CERHUM
MyBone as a living Bone graft

MyBone for Spine fusion
PEEK cage to
support the load
MyBone insert to fuse bone
7 $Bio market
US partner
510(k) FDA submitted

MyBone with stem cells
Hydroxyapatite bone scaffold and adherent mdMSCs (Electronic microscopy, scale bar 1mm to 400µm)

MyBone with stem cells
A B
B: mdMSCs from synthetic
bone scaffold.
Ø Spontaneous osteogenic differentiation showed by calcium accumulation in
mdMSCs cultured on 3D-printed HA scaffolds (Alizarin red staining, Optical microscopy, 100x).
Ø Cells lost their trilineage differentiation abilities once cultured on the matrix
A: mdMSCs, negative
control.

We are Cerhum
21

CERamics for HUMans

“MyBone représente la synthèse des avancées
technologiques en reconstruction maxillo-faciale
en associant à un biomatériau d’efficacité
confirmée le principe de la reconstruction
volumique sur mesure grâce à la l’impression
3D.”
Prof. P. GOUDO
T, Former Headof Maxillofacial surgery at thehospital Pitie-Salpetrierein Paris.