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Échafaudages imprimés en 3-D restaurer la fonction ovarienne chez les souris stériles

Dans une nouvelle étude, les chercheurs utilisent l’impression 3D pour réaliser un échafaudage ovarien poreux et le semer avec des cellules productrices d’?ufs immatures. Ils montrent que les souris infertiles implantées avec l'ovaire modifié sont capables d'ovuler, de s'accoupler et de donner naissance à des bébés en bonne santé et de les nourrir normalement. L’étude est la première à obtenir un tel résultat avec l’aide de l’impression 3D, et montre comment l’utilisation de la technologie pour affiner l’architecture des pores de l’échafaudage est la clé du succès.
Les chercheurs ont permis à des souris infertiles de donner naissance à une progéniture saine en imprimant des ovaires fonctionnant en 3D.

La recherche, publiée dans Communications Nature, est le travail d'une équipe composée de membres de la Feinberg School of Medicine de la Northwestern University de Chicago et de la Northwestern McCormick School of Engineering à Evanston, toutes deux situées dans l'Illinois.

Les ovaires en bonne santé ne sont pas seulement importants pour la fertilité; ils produisent également des hormones qui déclenchent la puberté et la ménopause.

Les chercheurs ont entrepris l'étude parce qu'ils veulent trouver un moyen d'aider les patients de tous âges qui subissent des traitements (tels que le cancer) qui altèrent leur fonction ovarienne. Les jeunes patients qui perdent la fonction ovarienne ont souvent besoin d'un traitement hormonal substitutif pour déclencher la puberté.

Dans leur étude, les auteurs notent que les approches actuelles - y compris la fécondation in vitro (FIV) et les transplantations ovariennes - n'offrent pas de «solutions à long terme et ne permettent pas aux patients pédiatriques atteints d'une maladie métastatique de choisir».

Diverses tentatives ont été menées pour concevoir des ovaires en utilisant une gamme de biomatériaux combinés à des follicules - les poches sphériques à l'intérieur des ovaires qui contiennent des ovules immatures et produisent des hormones - mais leur succès a été limité.

Les auteurs expliquent que l'un des défis de l'ingénierie tissulaire d'un ovaire de remplacement - qu'ils appellent un ovaire "bioprothétique" - consiste à assurer la survie des follicules dans l'environnement artificiel.

Les follicules doivent être maintenus juste en 3-D

Pour survivre, les follicules doivent être maintenus d'une manière particulière dans l'environnement 3D. Ils doivent rester en place pour atteindre la maturité, maintenir le contact avec d'autres cellules et produire des hormones. S'ils se déplacent trop librement et se propagent, cela n'arrivera pas.

Des études sur des souris utilisant des ovaires bioprothétiques fabriqués à partir d'échafaudages d'hydrogel ont réussi à produire des naissances vivantes. C'était donc le point de départ de la nouvelle étude.

Les progrès récents de l’impression 3D, également appelée fabrication additive, permettent aux chercheurs de fabriquer des tissus vivants et fonctionnels à l’aide de structures biocompatibles pouvant contenir des cellules et diverses pièces de support en 3D.

Cette bi-impression tridimensionnelle a déjà été utilisée pour traiter de nouveaux tissus, os, tissus cardiaques, cartilages et autres parties du corps.

Les chercheurs ont découvert que la bio-impression 3D leur offrait un moyen de modifier l’architecture des pores de l’échafaudage et de les utiliser pour contrôler l’étendue des follicules en 3D.

Ils ont montré que plus il y avait d'interaction avec l'échafaudage, moins les follicules se propageaient et plus leurs chances de survie étaient élevées.

Lorsque les chercheurs ont transplanté des ovaires bioprothétiques sur des souris stérilisées chirurgicalement, les souris ont ovulé, se sont accouplées avec succès et ont donné naissance à des portées saines. Ils ont même pu allaiter leurs petits.

Première impression réussie d'un échafaudage autoportant en gélatine

L'équipe a utilisé la gélatine comme "encre" pour imprimer l'échafaud. Ce produit est sûr pour les humains et est suffisamment rigide pour être utilisé en chirurgie, ainsi que suffisamment poreux pour permettre aux cellules d’interagir avec les tissus environnants.

Le chercheur principal Ramille Shah, professeur adjoint de chirurgie à Feinberg et de science et ingénierie des matériaux chez McCormick, explique que la plupart des hydrogels sont trop faibles pour produire une structure à trois dimensions. Ils sont principalement constitués d'eau et s'effondrent.

"Mais nous avons trouvé une température de gélatine qui lui permet d’être autosuffisante, de ne pas s’effondrer et de créer plusieurs couches", ajoute-t-elle. "Personne d'autre n'a été capable d'imprimer de la gélatine avec une géométrie si bien définie et autosuffisante."

L'architecture ouverte de l'échafaud a fait plus que donner aux follicules le support 3D approprié pour la maturation des ovules et de l'ovulation. Il a également permis aux vaisseaux sanguins de se développer à l'intérieur de l'implant, de sorte que les hormones libérées pourraient pénétrer dans la circulation sanguine et déclencher la lactation chez les souris femelles, comme en témoigne leur capacité à allaiter leurs petits.

L'étude rapproche le jour où les implants transgéniques peuvent être utilisés à la place des tissus de donneurs transplantés pour restaurer la fonction ovarienne chez l'homme. Sa principale contribution est de montrer que l'impression 3D peut faire partie de ce processus.

"C'est la première étude qui démontre que l'architecture des échafaudages fait une différence dans la survie des follicules. Nous ne pourrions pas le faire si nous n'utilisions pas une plate-forme d'imprimante 3D."

Prof. Ramille Shah

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