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Les étapes de la régénération des organes se rapprochent avec "3D Sugar Printing"
Une équipe de bioingénieurs a fait un pas de plus vers le jour où il sera possible de régénérer de nouveaux organes à partir des propres cellules du patient. Les chercheurs ont "imprimé" des modèles 3D de réseaux de vaisseaux sanguins à partir de sucre qui permettent aux tissus de se développer autour d'eux et de se dissoudre, laissant derrière eux une "architecture vasculaire" évidée.
Une fois que le sucre se dissout, le modèle de vaisseau sanguin évidé peut rapidement être perfusé avec un liquide riche en nutriments et de l'oxygène pour empêcher les cellules tissulaires de mourir.
(Un problème commun en essayant de créer des tissus plus épais comme celui du foie est que sans un système vasculaire décent pour fournir des nutriments et de l'oxygène et éliminer les déchets, les cellules au fond des animaux périssent.)
Bien que l’ingénierie tissulaire ait fait de grands progrès ces dernières années, il est toujours impossible de recréer les réseaux complexes de vaisseaux sanguins 3D présents dans les organes naturels.
Dans le numéro en ligne du 1er juillet de Matériaux naturelsSelon des chercheurs de l’Université de Pennsylvanie (Penn) et du Massachusetts Institute of Technology (MIT) aux États-Unis, la méthode d’impression 3D des sucres constitue un pas important dans la bonne direction. faire des tissus 3D et de son système vasculaire interne par d'autres moyens.
Par exemple, une approche courante utilisée par les bioingénieurs consiste à faire croître couche par couche le tissu et son réseau vasculaire, mais cela pose un problème important en ce sens que le fluide nutritif peut pousser les joints entre les couches.
Christopher S Chen, le professeur d’innovation Skirkanich au département de génie biologique de Penn, est l’un des chercheurs principaux sur ce travail. Il a dit à la presse:
"Cette nouvelle technologie de plate-forme, du point de vue de la cellule, fait que la formation des tissus se fait en douceur et rapidement, car les cellules ne sont exposées au pipetage manuel que pendant quelques minutes avant d'être nourries par notre réseau vasculaire. "
La technique de moulage rapide mise au point par Chen et ses collègues consiste à fabriquer un matériau suffisamment rigide pour constituer un réseau 3D de filaments, mais qui peut aussi se dissoudre facilement dans l’eau sans empoisonner les cellules.
L'autre exigence est que le matériel doit être compatible avec une imprimante 3D, de sorte qu'il peut rendre des réseaux vasculaires plus complexes beaucoup plus rapides que l'approche couche par couche, et à plus grande échelle.
Après beaucoup d'essais et d'erreurs, ils ont trouvé que le matériau parfait était le sucre. Le sucre est mécaniquement fort et abondant dans la nature. Par exemple, sous forme de cellulose, c'est le matériau le plus commun dans la biomasse terrestre. Un autre avantage est que les éléments constitutifs du sucre sont généralement ajoutés et dissous dans les milieux nutritifs qui nourrissent les cellules.
Jordan S Miller, stagiaire postdoctoral, est un autre co-responsable de l’équipe de recherche et membre du laboratoire de microfabrication de tissus de Chen au département de génie biologique de Penn. Il a déclaré avoir testé de nombreuses formulations de sucre jusqu’à ce qu’elles correspondent le mieux possible à ces exigences.
"Comme il n’existe aucun type de gel optimal pour chaque type de tissu, nous avons également voulu développer une formule de sucre largement compatible avec tout type de cellule ou gel à base d’eau", at-il expliqué.
Ils ont finalement opté pour une formule qui combine le saccharose et le glucose avec le dextran pour la résistance structurelle. Ils l'ont imprimé avec un RepRap, une imprimante 3D open-source avec une extrudeuse personnalisée et un logiciel de contrôle.
Une partie importante de la méthode est que le sucre doit être stable après l’impression, il est donc recouvert d’une fine couche de polymère dégradable fabriqué à partir de maïs qui permet à la structure de sucre de se dissoudre et de sortir du milieu de gel par les canaux créer sans arrêter le gel de réglage et sans endommager les cellules en croissance à proximité.
Une fois que le sucre est hors de portée, les chercheurs alimentent le corps vasculaire en liquide pour nourrir les cellules avec des nutriments et de l'oxygène, comme cela se produit naturellement avec le sang dans le corps.
Ils disent que tout le processus est rapide et peu coûteux, et ils peuvent échanger facilement entre de multiples simulations informatiques et des modèles physiques de structures vasculaires.
Lorsque les chercheurs ont injecté des cellules de vaisseaux sanguins humains dans le réseau vasculaire évidé, ils ont spontanément commencé à fabriquer de nouveaux germes capillaires, augmentant ainsi la pénétration du réseau. C'est ainsi que les vaisseaux sanguins se développent naturellement dans le corps.
Pour tester cet effet, les chercheurs ont ensuite fabriqué des gels contenant des cellules hépatiques primaires. Lorsqu'ils ont ensuite pompé un fluide riche en nutriments à travers l'architecture vasculaire évidée, ils ont constaté les cellules hépatiques ont augmenté la quantité d'albumine et d'urée fabriquées, signe de bonne santé dans les cellules du foie.
Il y avait également des preuves que plus de cellules survivent autour des canaux vasculaires transportant le fluide nutritif.
Un autre défi pour les organes de bioingénierie est de créer un nombre suffisant de cellules saines et fonctionnelles: et la technologie actuelle est très loin d'atteindre les densités cellulaires d'un foie pleinement fonctionnel.
Mais avec leur système vasculaire imprimé, Chen et ses collègues atteint des densités cellulaires proches de la pertinence clinique, suggérant que la nouvelle technique pourrait stimuler la recherche sur les organes et les structures analogues à des laboratoires.
Le seuil thérapeutique pour le traitement humain-foie serait d'environ 10 milliards de cellules hépatiques fonctionnelles. Chen et ses collègues ont réussi à se rapprocher de ce nombre, mais ils sont encore loin: ils atteignent des dizaines de millions de cellules hépatiques, ont-ils déclaré.
Et il reste encore beaucoup à faire dans d'autres domaines, tels que la connexion de ces réseaux vasculaires à de vrais vaisseaux sanguins, et la manière dont le système vasculaire artificiel interagit avec les cellules du foie.
Les fonds des National Institutes of Health, du Penn Center for Engineering Cells and Regeneration et de la Fondation American Heart Association-Jon Holden DeHaan ont permis de financer la recherche.
Écrit par Catharine Paddock PhD
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