Stabilité structurelle et physico-chimique des matériaux de bolus imprimés en 3D utilisés en radiothérapie

Pourquoi la forme du rayonnement compte

Lorsque les médecins utilisent la radiothérapie pour traiter le cancer, ils dirigent des rayons X puissants vers des tumeurs situées juste sous la peau. Pour atteindre la tumeur tout en épargnant les tissus sains, ils placent souvent un coussinet personnalisé, appelé bolus, sur la peau du patient. Ce coussinet modifie délicatement l’endroit où la dose maximale de rayonnement est délivrée. Aujourd’hui, de nombreux hôpitaux explorent l’impression 3D pour créer des bolus parfaitement adaptés, mais une question clé demeure : les plastiques utilisés dans ces coussinets imprimés restent-ils stables après avoir été exposés à des doses de radiation de niveau thérapeutique ?

Coussins sur mesure pour des anatomies complexes

Les bolus traditionnels sont souvent moulés à la main à partir de cire ou de gels, ce qui peut être long à préparer et difficile à reproduire exactement d’une séance à l’autre. Avec l’impression 3D, les cliniciens peuvent concevoir des coussinets qui correspondent à la morphologie du patient à partir d’imageries médicales, améliorant le confort et réduisant de minuscules poches d’air qui peuvent fausser la dose. Cela est particulièrement important dans des zones comme la tête et le cou, où la surface est irrégulière et où des organes critiques sont proches de la peau. L’étude se concentre sur deux plastiques couramment utilisés en impression 3D : l’ABS, un plastique rigide et largement disponible, et le TPC, un matériau plus flexible qui peut mieux épouser la surface du corps.

Soumettre les plastiques imprimés en 3D au faisceau

Pour reproduire ce qui se passe lors d’un traitement réel du cancer, les chercheurs ont imprimé de petits blocs d’ABS et de TPC et les ont exposés à une dose totale de rayons X de 70 gray, comparable à une cure complète de radiothérapie. Avant et après irradiation, ils ont mesuré les dimensions, la dureté, la rugosité de surface, le frottement et les changements internes de structure et de comportement thermique. Ces tests indiquent si un bolus conserverait sa forme, continuerait à bien épouser la peau et éviterait de se fissurer ou de s’user lors d’utilisations répétées. De minuscules variations d’épaisseur ou de texture, même de quelques centièmes de millimètre, peuvent modifier la façon dont la radiation est délivrée aux tumeurs superficielles.

Comment les deux plastiques tiennent le coup

Les deux matériaux sont restés presque aux mêmes dimensions après exposition, l’ABS montrant seulement un changement d’épaisseur très faible mais mesurable, et le TPC restant dimensionnellement stable. Les surfaces des deux plastiques sont devenues plus lisses, ce qui peut améliorer le contact avec la peau et réduire les poches d’air. Cependant, l’ABS a présenté davantage de signes de dégradation de surface et une chute spectaculaire de 70 % du coefficient de frottement, ce qui signifie qu’il pourrait glisser plus facilement sur la peau. Le TPC, en revanche, a très peu changé en termes de frottement et d’usure, suggérant que sa surface reste plus prévisible lors de manipulations répétées. La dureté a légèrement augmenté pour les deux matériaux, ce qui peut les aider à conserver leur forme mais peut aussi réduire leur capacité à se draper parfaitement sur une anatomie complexe.

Ce qui se passe à l’intérieur des matériaux

Pour voir comment la radiation affecte les plastiques au niveau moléculaire, l’équipe a utilisé la spectroscopie infrarouge pour rechercher des empreintes chimiques et une technique thermique pour vérifier la réponse des polymères à la chaleur. Dans l’ABS, ils ont observé des signes de dommages légers : certains groupes chimiques associés à l’un de ses composants élastomères se sont affaiblis, tandis que des signaux liés à l’oxydation et à une subtile réorganisation des chaînes sont apparus. La température à laquelle l’ABS passe d’un état dur et vitré à un état plus caoutchouteux a diminué d’environ trois degrés Celsius, laissant entrevoir une dégradation interne légère. Dans le TPC, les changements spectraux étaient très faibles et son comportement de fusion et d’assouplissement est resté essentiellement inchangé, indiquant une meilleure résistance aux radiations.

Ce que cela signifie pour les patients

Pour un usage clinique courant, les résultats suggèrent que les bolus imprimés en 3D en ABS et en TPC peuvent supporter des doses réalistes de traitement et continuer à remplir leur rôle de modification du faisceau de rayonnement. Pourtant, le TPC semble plus robuste : il résiste mieux aux modifications chimiques et mécaniques, reste flexible et conserve une surface plus stable. Cette combinaison peut se traduire par un meilleur contact peau-bolus, moins de poches d’air et une délivrance de dose plus fiable sur de nombreuses séances de traitement. Les auteurs concluent que si les bolus en ABS existants restent utilisables, le TPC est un candidat particulièrement prometteur pour la conception future de bolus personnalisés. Des travaux en cours testeront comment ces changements matériels subtils affectent réellement le contact avec la peau et la dose de radiation dans des configurations de traitement réalistes.

Citation: Jezierska, K., Borůvka, M., Ryvolová, M. et al. Structural and physicochemical stability of 3D-printed bolus materials used in radiotherapy. Sci Rep 16, 6611 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36952-x

Mots-clés: bolus en radiothérapie, impression 3D, plastique ABS, copolyester thermoplastique, effets des radiations sur les matériaux