Une avancée dans la bio-impression pourrait bientôt conduire à l'impression 3D de vaisseaux sanguins et d'organes humains

Une avancée majeure dans la bio-impression de tissus vivants pourrait bientôt conduire à l’impression 3D de vaisseaux sanguins et d’organes humains, inaugurant ainsi une nouvelle ère de médecine régénérative. Guohao Dai, professeur de bio-ingénierie à l'Université Northeastern, et ses collaborateurs ont récemment breveté un nouveau matériau hydrogel élastique conçu pour l'impression 3D de tissus mous vivants.

La médecine moderne utilise l’impression tridimensionnelle pour créer des implants durs tels que des plaques crâniennes et des articulations de la hanche, des prothèses de membres et des dispositifs médicaux.

Cependant, l’impression 3D d’organes et de tissus mous reste un défi majeur, explique Dai, dont les recherches portent sur la bio-impression 3D, les cellules souches et la bio-ingénierie vasculaire.

Les imprimantes 3D actuelles utilisent des polymères, des filaments de plastique, des poudres ou de la résine pour fabriquer des objets imprimés qui durcissent en refroidissant. Selon Dai, les tissus mous nécessitent des matériaux élastiques capables de s'étirer et de se rétracter, ce qui fait défaut aux matériaux existants.

« L’élasticité est très importante pour maintenir la fonction normale du tissu », explique Dai.

Résoudre ce défi peut révolutionner la médecine et rendre les transplantations d’organes obsolètes.

Les hydrogels sont des polymères synthétiques capables de retenir l'eau, explique Dai. Ils sont utilisés, par exemple, pour les masques faciaux qui contiennent des nutriments pour la peau, les pansements qui délivrent des médicaments et les lentilles de contact souples qui contiennent d'importantes quantités d'eau pour le confort et la transmission de l'oxygène.

Mais les hydrogels traditionnels, explique Dai, sont trop fragiles pour l'impression 3D. Ils ne peuvent pas résister à l'étirement ou à la torsion, ce qui limite leurs applications médicales.

Pour résoudre ce problème, Dai s'est associé à Yi Hong de l'Université du Texas à Arlington. Tandis que Hong a trouvé un moyen de rendre les hydrogels souples élastiques, Dai a utilisé son expertise en impression 3D pour modifier davantage certaines propriétés de ces hydrogels afin qu'ils puissent passer dans une imprimante.

Pour passer à travers la buse d'impression, explique Dai, le matériau devait être liquide mais il devait également conserver sa forme après l'impression d'un objet.

Le nouveau matériau se dissout dans une solution liquide et peut encapsuler une grande quantité d'eau après l'impression. C'est une bonne chose pour la croissance des cellules, explique Dai, car il imite l'environnement du corps humain qui est composé en moyenne de 60 % d'eau.

Les cellules sont infusées dans la solution liquide avant l'impression. Une fois imprimé, l'objet est exposé à la lumière bleue, déclenchant une réaction photochimique qui rend le gel élastique sans nuire aux cellules vivantes .

« On peut imprimer n’importe quelle géométrie », explique Dai. « On peut imprimer un tube ou un vaisseau sanguin. »

Les cellules se multiplient ensuite et grandissent à l’intérieur de la structure imprimée.

« Nous les cultivons sous pression pulsatile pour imiter la pression sanguine humaine », précise Dai.

Un autre avantage clé du nouvel hydrogel élastique est qu'il est biodégradable. Comme il s'agit d'un polymère étranger, explique Dai, l'objectif était de le rendre complètement dégradable pendant que les cellules le remplacent par leur propre collagène et élastine, formant ainsi un vaisseau sanguin naturel et solide.

« Ce n’est pas une maladie native de votre corps, c’est pourquoi nous voulions qu’elle disparaisse complètement à terme », assure Dai.

Jusqu'à présent, les vaisseaux sanguins imprimés cultivés pendant deux semaines restent relativement fragiles, explique Dai, et ne peuvent pas encore résister à la pression sanguine humaine. Il pense qu'étendre la période de culture à deux mois, ce qui est une expérience coûteuse, pourrait permettre aux cellules de développer pleinement une structure solide.

De plus, les chercheurs travaillent à accélérer la dégradation de l’hydrogel, en espérant qu’il se dissolve dans un délai de deux à trois mois, tandis que les cellules se transforment en vaisseaux sanguins fonctionnels.

Selon Dai, cette technologie permettra à terme de créer des vaisseaux sanguins pour les patients à partir de leurs propres cellules. Au fur et à mesure que l'hydrogel se dégrade, le corps le remplacera naturellement, ce qui donnera naissance à des tissus ou des organes entièrement fonctionnels.

https://news.northeastern.edu/2025/02/20/3d-printed-blood-vessels