Les bioencres à base de cellulose font progresser les systèmes de délivrance de médicaments 3D

When it comes to medicine, natural products have been part of the pharmacopeia since the dawn of civilization, with plants often forming the basis of effective therapies before the invention of chemical drugs.

En matière de médecine, les produits naturels font partie de la pharmacopée depuis l’aube de la civilisation, les plantes constituant souvent la base de thérapies efficaces avant l’invention des médicaments chimiques.

Un avantage de l’utilisation de composés biologiques est qu’ils interagissent généralement bien avec le corps du patient. C’est également la raison pour laquelle, pendant longtemps, des matériaux comme le bois ou l’ivoire ont été utilisés pour certaines prothèses.

De nos jours, les chercheurs explorent le potentiel des biomatériaux pour remplacer les polymères dérivés du pétrole dans les applications médicales.

Une publication récente de chercheurs de l’Université Gomal (Pakistan) et de l’Université Jiangsu (Chine) explore comment la cellulose, l’une des molécules constituant le bois, pourrait être utilisée conjointement avec l’impression 3D pour créer des bioencres destinées à la délivrance de médicaments, à l’impression 3D de tissus mous et à la cicatrisation des plaies.

Ils publient leurs résultats dans la revue Next Materials¹, sous le titre « De la biomasse à la biofabrication : le rôle de la cellulose dans les systèmes de délivrance de médicaments imprimés en 3D durables et la régénération tissulaire ».

Cellulose comme le biomatériau durable ultime

Alors que la cellulose est produite en quantités particulièrement importantes par les arbres pour les éléments structurels du bois, c’est un composé presque omniprésent dans la plupart des plantes. En tant que tel, elle est extrêmement durable, étant littéralement produite par photosynthèse à partir de l’air (CO₂), de l’eau et de la lumière du soleil. C’est pourquoi elle est également très bon marché, comme le montre le faible coût du papier produit en masse, composé de fibres de cellulose. La cellulose est également biocompatible et biodégradable.

Un polymère de glucose, la cellulose, peut également être imprimé en 3D, ce qui ouvre la voie à de nombreuses nouvelles applications dans le domaine médical.

Source: ScienceFacts

Dans cette étude, les chercheurs explorent le potentiel de la cellulose imprimée en 3D pour de nombreuses applications :

• Systèmes de délivrance de médicaments personnalisés.
• Ingénierie tissulaire pour de nouvelles méthodes de réparation des organes et tissus endommagés.
• Test d’un médicament dans des modèles tissulaires artificiels imprimés en 3D qui reproduisent l’environnement in vivo.

Pour ce faire, ils ont passé en revue les articles scientifiques publiés de 2015 à 2025 qui combinaient des mots‑clés tels que « cellulose », « nanocellulose », « cellulose bactérienne », « impression 3D bioprinting », « bioencres », « délivrance de médicaments », « ingénierie tissulaire », « hydrogels » et « biomatériaux sensibles aux stimuli ».

Transformer la cellulose en biomatériau médical

Manipulation des cristaux de cellulose

La cellulose peut exister sous deux formes, la plupart des matériaux à base de cellulose présentant un mélange des deux formes de molécules :

• Cristalline, qui possède une stabilité et une résistance mécanique supérieures.
• Amorphe, qui est moins structurée, facilitant ainsi les interactions avec d’autres molécules.

Selon l’effet recherché, les deux formes de cellulose peuvent être utiles pour les applications médicales.

La cellulose cristalline plus stable présente des taux de biodégradation plus lents in vivo, ce qui est utile pour les applications nécessitant une intégrité mécanique à long terme, comme les échafaudages d’ingénierie tissulaire, les pansements et les systèmes de délivrance de médicaments prolongée.

La cellulose amorphe peut être plus accessible à l’attaque enzymatique et à l’absorption d’humidité, entraînant une dégradation plus rapide et une bio‑résorption accrue pour le remodelage tissulaire.

Source: Next Materials

Cela rend la préparation de la structure de cellulose en fonction des besoins spécifiques d’une application une partie essentielle de tout processus cherchant à l’utiliser à des fins médicales.

“Adapter la chimie et la microstructure de la cellulose est essentiel pour optimiser la stabilité des échafaudages, les interactions cellulaires, les profils de libération thérapeutique et la performance globale de la biofabrication dans les applications d’ingénierie tissulaire et de médecine régénérative.”

Dérivés à base de cellulose

Outre la cellulose pure, d’autres composés issus de la cellulose présentent également un potentiel médical. Par exemple, la carboxyméthylcellulose (CMC), l’hydroxypropylméthylcellulose (HPMC), la microcristalline cellulose (MCC) et la nanocellulose :

• La CMC est utilisée comme ingrédient stabilisant et épaississant dans les formulations médicamenteuses.
• La HPMC est utilisée pour créer des formulations à libération contrôlée qui délivrent lentement les médicaments au patient.
• La MCC est reconnue pour ses excellentes propriétés de charge, de désintégration et de liaison dans la formulation de comprimés pharmaceutiques.
• La nanocellulose est un nouveau matériau précieux pour les applications d’ingénierie tissulaire et de délivrance de médicaments grâce à sa plus grande surface.

Dans tous les cas, la cellulose bactérienne est souvent privilégiée par rapport à la cellulose d’origine végétale en raison de sa haute pureté, de sa résistance mécanique, de sa rétention d’eau et de sa biocompatibilité. Elle peut être utilisée comme échafaudage pour l’impression 3D bioprinting de tissus durs et mous, de la peau au muscle cardiaque, son architecture microscopique imitant les structures nanofibrillaires de la matrice extracellulaire qui soutiennent la régénération tissulaire.

Source: Next Materials

Cellulose dans le bioprinting 3D

Méthodes de bioprinting

L’impression de cellulose et de tissus avec un échafaudage en cellulose peut être réalisée à l’aide de diverses méthodes, chacune mieux adaptée à un type spécifique de cellulose.

Par exemple, les bioencres riches en CNF sont particulièrement compatibles avec le bioprinting par extrusion. En revanche, le bioprinting à jet d’encre nécessite une optimisation de la viscosité pour fonctionner avec les bioencres à base de cellulose.

Source: Next Materials

La cellulose n’a pas non plus besoin d’être le seul ingrédient des bioencres à base de cellulose. D’autres biomatériaux peuvent être ajoutés au mélange pour augmenter la survie des cellules incorporées dans la bioencre.

“L’ajout de nanocristaux de cellulose aux bioencres à base de gélatine et d’alginate a amélioré leurs qualités mécaniques et augmenté la viabilité cellulaire, rendant ces mélanges adaptés à une gamme d’utilisations en ingénierie tissulaire.”

Applications des bioencres à base de cellulose

Grâce à sa structure modulable, la cellulose peut constituer une excellente solution pour personnaliser la vitesse et la durée de la délivrance de médicaments.

“Les développements récents des méthodes de traitement, comme l’impression 3D et l’électrofilage, ont créé de nouvelles opportunités pour concevoir des dispositifs de délivrance de médicaments à base de cellulose avec des qualités mécaniques améliorées et des profils de libération réglables.”

Pour l’ingénierie tissulaire, la cellulose crée un échafaudage précieux sur lequel les cellules peuvent s’attacher, croître et former de nouveaux tissus sains, sa nature poreuse permettant l’échange de nutriments et de déchets tout en favorisant l’adhésion et la prolifération cellulaires.

Par exemple, la cellulose peut être utilisée pour simuler la matrice extracellulaire dans les échafaudages de peau et de cartilage, offrant une plateforme pour l’intégration tissulaire et l’infiltration cellulaire. Elle peut également être utilisée dans la production de tissus artificiels à partir de cellules cultivées en laboratoire.

Cette méthode peut être étendue à la production de modèles « organ‑on‑chip », une plateforme de test de médicaments qui reproduit in vitro le fonctionnement des organes humains.

Une autre application est la cicatrisation des plaies. Lorsqu’elle est mélangée à de l’oxyde de graphène, la cellulose montre des qualités antibactériennes remarquables. Associée à la capacité d’échafaudage qui améliore la migration et la prolifération cellulaires, cela signifie que les bioencres à base de cellulose peuvent favoriser la régénération tissulaire, notamment pour la peau.

Source: Next Materials

Améliorations futures

Parmi les améliorations futures, on peut envisager l’utilisation de la cellulose comme matériau d’échafaudage plus durable, accompagnée d’un « gabarit sacrificiel ».

“Les matériaux sacrificiels tels que la gélatine, le Pluronic F127 ou le verre de glucides sont co‑imprimés avec les bioencres contenant de la cellulose puis retirés par changement de température, dissolution ou processus de lavage. Ces architectures poreuses ingénérées améliorent considérablement la survie cellulaire, la maturation tissulaire et la vascularisation dans les constructions bioprintées épaisses.”

Un facteur clé pour la mise à l’échelle de toute méthode de bioprinting 3D utilisant des bioencres à base de cellulose sera également la création d’un approvisionnement important et constant en cellulose répondant à des exigences de purification prévisibles et stables, en résolvant les défis de stérilisation et en maintenant la composition microscopique et l’uniformité.

Investir dans le bioprinting

3D Systems

DDD Graphique du prix

3D Systems (DDD ) est un leader de l’impression 3D, avec plus de 1 000 brevets et la capacité d’imprimer en 3D 130 matériaux, produisant plus d’un million de pièces quotidiennement. C’est l’une des plus grandes entreprises d’impression 3D au monde aux côtés de Nano Dimension (NNDM ) après une période de consolidation du secteur.

3D Systems s’est engagé tôt dans le bioprinting en 2017 avec une collaboration de recherche avec United Therapeutics (UTHR ) (UTHR) pour des organes et tissus imprimés en 3D. Et il a annoncé une collaboration avec CollPlant Biotechnologies (CLGN) en 2020 (CLGN )  et l’acquisition du fabricant de bio‑encres Allevia en 2021.

L’activité de bioprinting se combine à l’impression 3D d’implants pour les chirurgies, avec un total cumulé de 3 000 000 de dispositifs médicaux à composants sériels produits, ainsi que des prothèses dentaires personnalisées.

À la fin de 2025, le segment santé représentait près de la moitié du chiffre d’affaires de l’entreprise. L’autre partie est principalement tirée par les applications industrielles, avec un accent sur l’impression 3D métal, notamment dans le secteur aérospatial, pour un total de 95,5 M$ au premier trimestre 2026.

Grâce à un EBITDA positif début 2026, 3D Systems est probablement l’une des actions d’impression 3D « les plus sûres », en tant que leader du secteur dans le segment en plein essor de l’impression 3D métal et déjà solidement implanté dans le segment santé, avec un potentiel pour les bioencres et l’impression 3D de devenir un troisième centre de profit.

Étude référencée

^{1 . Asma Ashgar, et al. De la biomasse à la biofabrication : le rôle de la cellulose dans les systèmes de délivrance de médicaments imprimés en 3D durables et la régénération tissulaire. Next Materials. Volume 13, October D2026, 102601. https://doi.org/10.1016/j.nxmate.2026.102601}