Tout commence par une oreille. Michael Hausmann, chercheur à l'Empa, retire l'objet en forme d'oreille humaine de l'imprimante 3D et explique : "A l'état visqueux, les nanocristaux de cellulose peuvent être facilement façonnés avec d'autres biopolymères en structures tridimensionnelles complexes en utilisant une imprimante 3D, comme le Bioplotter." Une fois réticulées, les structures restent stables malgré leurs propriétés mécaniques douces. Hausmann étudie actuellement les caractéristiques des hydrogels composites de nanocellulose afin d'optimiser leur stabilité ainsi que le procédé d'impression. Le chercheur a déjà utilisé l'analyse aux rayons X pour déterminer comment la cellulose est distribuée et organisée dans les structures imprimées.

A l'heure actuelle, l'oreille imprimée est entièrement et uniquement composée de nanocristaux de cellulose et d'un biopolymère. Cependant, l'objectif est d'incorporer à la fois des cellules humaines et thérapeutiques dans la structure de base afin de produire des implants biomédicaux. Un nouveau projet est actuellement en cours. Il étudie comment les chondrocytes (cellules cartilagineuses) peuvent être intégrés dans l'échafaudage pour produire du cartilage artificiel. Dès que la colonisation de l'hydrogel par des cellules est établie, des composites à base de nanocellulose en forme d'oreille pourraient servir d'implant pour les enfants présentant une malformation auriculaire héréditaire comme par exemple, dans la microtie, où les oreilles externes ne sont que partiellement développées. Une reconstruction de l'oreillette peut corriger esthétiquement et médicalement la malformation,  et empêcher un grave déficit des capacités auditives. Dans la suite du projet, des nanocristaux de cellulose contenant des hydrogels seront également utilisés pour remplacer le cartilage articulaire (par exemple, le genou) en cas d'usure articulaire due, par exemple, à l'arthrite chronique.

Une fois que le tissu artificiel a été implanté dans le corps, le matériau polymère biodégradable devrait se dégrader avec le temps. La cellulose elle-même n'est pas dégradable dans l'organisme, mais biocompatible. Cependant, ce n'est pas seulement sa biocompatibilité qui fait de la nanocellulose le matériau parfait pour les échafaudages d'implants. "C'est aussi la performance mécanique des nanocristaux de cellulose qui en font des candidats prometteurs, car les fibres minuscules mais très stables peuvent très bien renforcer l'implant produit ", explique Hausmann.

De plus, la nanocellulose permet l'incorporation de diverses fonctions par modifications chimiques dans l'hydrogel visqueux. Ainsi, la structure, les propriétés mécaniques et les interactions de la nanocellulose avec son environnement peuvent être spécifiquement adaptées au produit final souhaité. "Par exemple, nous pouvons incorporer dans l'hydrogel des substances actives qui favorisent la croissance des chondrocytes ou qui soulagent les inflammations articulaires", explique le chercheur de l'Empa.

Enfin, la cellulose est le polymère naturel le plus abondant sur terre. Par conséquent, l'utilisation de nanocristaux de cellulose ne bénéficie pas seulement de la simple élégance du nouveau procédé, mais aussi de la disponibilité de la matière première. L'oreille en nanocellulose blanche repose sur le support en verre. Tout juste sorti du Bioplotter, il est déjà robuste et dimensionnellement stable. Hausmann peut donner le feu vert pour les prochaines étapes.