Le système pourrait fournir des mailles à échelle fine pour faire pousser des cultures très uniformes de cellules aux propriétés souhaitées.

Une nouvelle façon de fabriquer des échafaudages pour les cultures biologiques pourrait permettre de cultiver des cellules dont la forme et la taille sont très uniformes et qui pourraient avoir certaines fonctions. La nouvelle approche utilise une forme d’impression tridimensionnelle extrêmement fine, utilisant un champ électrique pour dessiner des fibres d’un dixième de la largeur d’un cheveu humain.

Le système a été développé par Filippos Tourlomousis, postdoctorant au Center for Bits and Atoms du MIT, et six autres au MIT et au Stevens Institute of Technology au New Jersey. Le travail est rapporté aujourd’hui dans la revue Microsystems and Nanoengineering.

De nombreuses fonctions d’une cellule peuvent être influencées par son microenvironnement, de sorte qu’un support qui permet un contrôle précis de cet environnement peut ouvrir de nouvelles possibilités pour cultiver des cellules présentant des caractéristiques particulières, pour la recherche ou même à des fins médicales.

Alors que l’impression 3D ordinaire produit des filaments aussi fins que 150 microns (millionièmes de mètre), assure Filippos Tourlomousis, il est possible de réduire la largeur des fibres à 10 microns en ajoutant un fort champ électrique entre la buse qui extrude la fibre et la scène sur laquelle la structure est imprimée. Cette technique s’appelle l’électro-écriture par fusion.

« Si vous prenez des cellules et que vous les placez sur une surface imprimée en 3D conventionnelle, c’est comme une surface en 2D pour elles », explique-t-il, parce que les cellules elles-mêmes sont beaucoup plus petites. Mais dans une structure en forme de maille imprimée selon la méthode d’écriture électrique, la structure est à la même échelle de taille que les cellules elles-mêmes, de sorte que leurs tailles et formes et la façon dont elles forment des adhérences au matériau peuvent être contrôlées en ajustant la microarchitecture poreuse de la structure en réseau imprimé.

« En étant capable d’imprimer jusqu’à cette échelle, vous produisez un véritable environnement 3D pour les cellules « , explique Filippos Tourlomousis.

Avec l’équipe, il a ensuite utilisé la microscopie confocale pour observer les cellules cultivées dans diverses configurations de fibres fines, certaines au hasard, d’autres précisément disposées en mailles de différentes dimensions. Le grand nombre d’images obtenues a ensuite été analysé et classé à l’aide de méthodes d’intelligence artificielle, afin de corréler les types de cellules et leur variabilité avec les types de microenvironnements, avec différents espacements et dispositions des fibres dans lesquels elles ont été cultivées.

Les cellules forment des protéines appelées adhérences focales aux endroits où elles se fixent à la structure. « Les adhérences focales sont la façon dont la cellule communique avec l’environnement externe « , souligne Filippos Tourlomousis. « Ces protéines ont des caractéristiques mesurables à travers le corps cellulaire, ce qui nous permet de faire de la métrologie. Nous quantifions ces caractéristiques et les utilisons pour modéliser et classer avec précision les différentes formes de cellules. »

Pour une structure de maille donnée, dit-il,  » nous montrons que les cellules acquièrent des formes qui sont directement couplées avec l’architecture du substrat et avec les substrats électro-écrits par fusion », ce qui favorise un degré élevé d’uniformité par rapport aux substrats non tissés à structure aléatoire. De telles populations cellulaires uniformes pourraient potentiellement être utiles dans la recherche biomédicale, dit-il :  » Il est bien connu que la forme des cellules régit la fonction cellulaire et ce travail suggère une voie axée sur la forme pour l’ingénierie et la quantification des réponses cellulaires avec une grande précision  » et une grande reproductibilité.

Il dit que dans des travaux récents, lui et son équipe ont montré que certains types de cellules souches cultivées dans de telles mailles imprimées en 3D ont survécu sans perdre leurs propriétés pendant beaucoup plus longtemps que celles cultivées sur un substrat bidimensionnel conventionnel. Ainsi, de telles structures peuvent avoir des applications médicales, peut-être comme moyen de cultiver de grandes quantités de cellules humaines ayant des propriétés uniformes qui pourraient être utilisées pour la transplantation ou pour fournir le matériel nécessaire à la construction d’organes artificiels, dit-il. Le matériau utilisé pour l’impression est un polymère fondu qui a déjà été approuvé par la FDA.

Le besoin d’un contrôle plus serré de la fonction cellulaire est un obstacle majeur à l’acheminement des produits de génie tissulaire à la clinique. Toute mesure visant à resserrer les spécifications sur l’échafaudage et, par conséquent, à resserrer la variance du phénotype cellulaire, est grandement nécessaire pour cette industrie, lance Filippos Tourlomousis.

Le système d’impression pourrait avoir d’autres applications, conclut Filippos Tourlomousis. Par exemple, il pourrait être possible d’imprimer des « métamatériaux » – des matériaux synthétiques avec des structures en couches ou à motifs qui peuvent produire des propriétés optiques ou électroniques exotiques.

http://news.mit.edu/2019/3-d-printing-identical-cell-scale-lattice-0325