Dans un mouvement qui pourrait un jour conduire à des organes de transplantation artificielle et à des thérapies régénératives sophistiquées, une équipe de l’UCLA dirigée par le bioingénieur Ali Khademhosseini a développé une nouvelle technique pour imprimer des bio-tissus complexes en utilisant plusieurs matériaux. En utilisant une imprimante 3D spécialement modifiée, il promet de créer un jour des biomatériaux thérapeutiques à la demande.

Les greffes d’organes et autres traitements avancés des tissus font face à un goulot d’étranglement apparemment infranchissable. Il n’y a qu’un nombre limité de donneurs d’organes ou d’autres sources de biomatériaux, et même dans le meilleur des cas, les organes et les tissus ne sont jamais parfaitement compatibles avec le receveur et peuvent ne pas convenir à un usage particulier.

Idéalement, les bioingénieurs aimeraient contourner complètement les sources conventionnelles et faire pousser des organes et des tissus dans le laboratoire. Cela permettrait non seulement à la communauté médicale d’avoir un approvisionnement illimité de matériel sain et stérile, mais permettrait également aux médecins et aux chirurgiens d’avoir des biomatériaux fabriqués selon leurs spécifications.

Le problème est, le tissu vivant est incroyablement complexe avec de nombreux types différents de cellules, de vaisseaux sanguins, de nerfs et de structures mécaniques. Essayez de faire pousser un cœur dans une boîte de Pétri en mélangeant des cellules musculaires du cœur avec des nutriments et tout ce que vous obtiendrez est une masse de cellules qui cessera bientôt de se diviser.

L’alternative est de construire un échafaudage en matériau biocompatible comme les hydrogels poly (éthylène glycol) diacrylate (PEGDA) et gélatine méthacryloyle (GelMA). Cet échafaud, qui imite la structure du tissu vivant, agit comme le cartilage dans le corps d’un nourrisson. À la naissance, une grande partie du squelette d’un bébé humain est du cartilage, mais à mesure qu’il grandit et mûrit, il est remplacé par du tissu osseux. Dans le tissu artificiel, on introduit des cellules souches qui se développent dans l’échafaudage et le remplacent.

Une technique pour créer ces échafaudages est appelée stéréolithographie. Il s’agit d’un processus basé sur la lumière où l’hydrogel mélangé avec des cellules souches est déposé par une imprimante 3D à mesure qu’un faisceau de lumière provoque la formation de liaisons moléculaires, durcissant le gel.

La bioimprimante de l’UCLA conçue par Ali Khademhosseini est basée sur cette technique, mais elle intègre également une puce microfluidique sur mesure de la taille et de la forme d’une puce électronique. Elle dispose de plusieurs entrées, de sorte qu’elle peut imprimer avec plus d’un matériau infusé cellulaire à la fois. Ceci est rejoint par un micromiroir numérique constitué d’un réseau d’un million de miroirs qui se déplacent indépendamment les uns des autres.

Selon l’UCLA, en fonctionnement les miroirs automatisés créent un motif pour chaque couche de l’objet en cours d’impression pendant que la lumière durcit le gel. À l’heure actuelle, l’imprimante utilise quatre «bio-encres», mais ce nombre peut être étendu.

Jusqu’à présent, l’imprimante a été utilisée pour créer des formes simples, des simulations 3D de tissus musculaires et des tissus conjonctifs musculo-squelettiques, ainsi que de fausses tumeurs complètes de vaisseaux sanguins. De plus, les structures ont été implantées chez le rat sans être rejetées.

«Les tissus sont des structures merveilleusement complexes, donc pour en concevoir des versions artificielles qui fonctionnent correctement, nous devons recréer leur complexité», explique Ali Khademhosseini. « Notre nouvelle approche offre un moyen de construire des structures biocompatibles complexes faites de différents matériaux. »

https://samueli.ucla.edu/3d-printer-that-can-create-complex-biological-tissues/

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201800242