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Interview exclusive avec des producteurs de tissus 3D

Les chercheurs ont utilisé la technologie des fabricants de téléphones mobiles et d’autres appareils électroniques grand public et l’ont utilisée pour développer des tissus 3D.

Les scientifiques du laboratoire Draper et du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont créé un prototype utilisant une méthode d’assemblage automatisé «couche par couche», généralement utilisée dans l’industrie du conditionnement électronique pour construire des circuits intégrés. Leur travail est publié dans la revue Matériaux avancés.

Au lieu de fabriquer des téléphones portables, cette technologie a été utilisée pour empiler des "feuilles élastomères poreuses, flexibles et biodégradables", que les chercheurs ont utilisées pour créer des échafaudages 3D sur lesquels des tissus peuvent être cultivés.

Interview exclusive

Nouvelles médicales aujourd'hui a parlé exclusivement avec les chercheurs. L'entretien suit ici. Passez au reste de l'histoire originale.

Q: Comment avez-vous eu l'idée de l'échafaudage de tissu?

Lisa Freed, du laboratoire Draper et chercheuse principale de l'étude, a déclaré:

"Le muscle cardiaque nécessite des propriétés structurelles et mécaniques robustes pour se contracter continuellement et efficacement tout en résistant à la fatigue. Les fibres musculaires naturelles répondent à ces exigences via un ensemble unique de structures cellulaires cellulaires et extracellulaires."

"Bien que de nombreux types d’échafaudages aient été développés et combinés avec des cellules dans le but de récapituler les fibres musculaires naturelles, peu d’échafaudages ont été explicitement conçus en gardant à l’esprit l’architecture musculaire naturelle."

"À mesure que l'attention se porte sur l'applicabilité clinique, les limites intrinsèques aux échafaudages antérieurs deviennent plus évidentes, telles que les structures aléatoires des matériaux gélatineux et mousseux et la faiblesse mécanique et / ou la rigidité excessive d'autres matériaux."

"Les techniques de microfabrication, telles que le micromoulage et l'assemblage couche par couche, offrent de nouvelles opportunités pour fabriquer des échafaudages d'ingénierie tissulaire à architecture contrôlée en 3D."

"En tant que tel, nous avons pensé à concevoir des échafaudages dotés d'une architecture plus fibreuse en combinant ces technologies."

Q: Quelle est votre prochaine étape?

Lisa Freed:

"Notre prochain objectif est d'étendre in vivo études pour implanter des tissus d'ingénierie à grande échelle à la surface des coeurs de rats après une crise cardiaque. "

"Un autre objectif connexe est de démontrer que non seulement nous avons créé des tissus ayant une architecture similaire au tissu cardiaque, mais qu’ils ont également une fonction similaire et un meilleur fonctionnement que les autres tissus cardiaques développés précédemment."

"L'objectif à long terme est de créer des implants tissulaires cardiaques viables et épais, par exemple en combinant des échafaudages en blocs de construction en élastomère avec des cellules cardiaques en culture et un réseau de canaux perfusables lentement biodégradables."

Q: Comment cette recherche aidera-t-elle les développements futurs?

Martin Kolewe, attaché de recherche postdoctoral au MIT, déclare:

"Un point commun entre de nombreux organes qui sont des cibles pour les applications de médecine régénérative est que leurs tissus ont une architecture 3D extrêmement complexe."

"La technologie que nous avons développée nous permet d’accéder à un espace de conception 3D entièrement nouveau pour essayer de reproduire cette architecture dans des tissus comprenant les trois types de muscles (cardiaque, squelettique, lisse) ainsi que les tendons, les nerfs et même potentiellement le foie et les os . "

"Ainsi, cette recherche nous amène un grand pas en avant vers la création de tissus artificiels ayant la même structure de tissus natifs et qui pourraient éventuellement être plus utiles en clinique."

"Un autre impact clé de cette recherche est qu’elle constitue un moyen pratique d’assembler des échafaudages de polymères pour produire des structures tissulaires de grande taille et complexes."

"La taille des tissus fonctionnels que nous pouvons produire actuellement constitue un défi majeur pour atteindre la pertinence clinique des tissus traités."

"Bien que la production de tissus plus épais pose plusieurs problèmes, y compris la nécessité de maintenir les tissus vivants (via une microvasculature dans les tissus natifs), l’approche développée ici nous permettra de construire des échafaudages et des dispositifs aux conceptions complexes."

Q: Comment cette technologie pourrait-elle aider à reconstruire ou à faire croître des organes humains?

Martin Kolewe:

"Pour aider à réparer les organes humains, des échafaudages en polymère sans cellules construits avec cette technologie pourraient être utilisés pour guider la repousse des tissus natifs dans certains types de tissus ou fournir un support structurel et / ou mécanique conçu avec précision dans d'autres cas."

"Pour ces applications, amener la technologie à l'homme consiste à choisir des cibles appropriées, à ajuster les propriétés des biomatériaux et à travailler sur des modèles animaux. Nous disposons des principales technologies."

"Cependant, afin de reconstruire les organes humains in vitro, une source cellulaire appropriée, dérivée de l'homme, doit être développée pour assurer à la fois la survie à long terme et des fonctionnalités spécifiques. "

"Alors que divers types de cellules souches et de cellules progénitrices font l'objet de recherches approfondies, la démonstration d'une source cellulaire appropriée reste un défi majeur dans le domaine de la médecine régénérative."

Nouvelles originales

Lisa Freed, du Laboratoire Draper et du MIT, dit que cette nouvelle technologie pourrait être mise en ?uvre pour encourager la croissance ou la repousse de certains tissus chez les personnes souffrant d’anomalies congénitales ou de lésions graves des tissus et des organes.

Les scientifiques affirment que l’appareil 3D leur permettra de construire des «réseaux de pores 3D» contrôlés qui guideront les cellules dans leur croissance, de la même manière que les tissus hautement spécialisés tels que le c?ur et le muscle squelettique.


Les échafaudages 3D permettront aux scientifiques de faire croître des tissus entièrement fonctionnels en permettant aux cellules de se développer de manière précise. Crédit photo: MIT.

"Les cellules d'un c?ur humain reposent sur une variété d'indices spatiaux et chimiques pour former l'organisation hiérarchique qui aboutit à un organe complet et fonctionnel", expliquent les chercheurs. Pour s'assurer que les cellules se développent selon ces schémas précis, les scientifiques ont dû identifier des "indices structurels clés" qu'ils pouvaient reproduire en laboratoire.

Après avoir développé sa technique d'échafaudage 3D, l'équipe de recherche a pu développer un tissu cardiaque contractile à partir de cellules cardiaques de rat.

Les chercheurs disent que les échafaudages sont suffisamment souples pour être implantés directement dans une partie blessée du corps afin de guider la croissance cellulaire sur ce site.

Lisa Freed dit:

"Les échafaudages qui guident les arrangements cellulaires 3D peuvent permettre la fabrication de tissus suffisamment grands pour avoir une pertinence clinique, et nous avons maintenant développé un nouvel outil pour y parvenir."

Les chercheurs biomédicaux pourraient également utiliser ces échafaudages à leur avantage pour étudier le développement des tissus, selon les auteurs de l'étude.

On pense que cette nouvelle technologie marquera une grande amélioration par rapport aux méthodes actuelles de réparation et de croissance des organes humains. Avant cette innovation, les chercheurs utilisaient des modèles 2D, de la gélatine amorphe ou des structures de pores 3D incapables de se concentrer sur un domaine de croissance particulier.

Les chercheurs espèrent que cette technologie aidera les chercheurs à explorer de nouveaux traitements et possibilités de recherche.

Martha Lundberg, directrice de programme à l’Institut national du c?ur, des poumons et du sang (NHLBI), a déclaré:

"Ce travail pourrait constituer une avancée potentiellement importante dans le domaine de l'ingénierie tissulaire, qui conduira à de nouvelles thérapies à base de tissus visant à restaurer la fonction des organes."

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