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La bio-impression 3D microfluidique pour mieux reproduire les structures cellulaires

Publié le 21 avril 2022 par Mélanie W.
bio-impression 3D microfluidique

A l’Institut de technologie Stevens, aux Etats-Unis, une équipe de chercheurs travaillent actuellement au développement d’une méthode de bio-impression qui s’appuie sur la microfluidique. Celle-ci est une science et technique qui vient manipuler des fluides aux caractéristiques de l’ordre du micromètre. Et si cela est intéressant aujourd’hui, c’est que ce projet permettrait de travailler sur une échelle beaucoup plus petite que ce qui a jusqu’ici été étudié et donc permettre la création de tout type de tissu humain. Les chercheurs pourraient ainsi reproduire très précisément les caractéristiques biologiques des cellules du corps humain et accélérer par exemple les greffes d’organes. 

Menée par le professeur Robert Chang, l’équipe a développé un modèle de calcul pour accélérer la bio-impression microfluidique et permettre le développement d’organes. En 2020, en France, ce sont 240 000 personnes qui étaient en attente d’une greffe ; un nombre élevé que l’impression 3D pourrait baisser. Vous le savez très probablement, la bio-impression est en mesure de reproduire des structures cellulaires sur-mesure pour faciliter la création de peau par exemple, voire d’organes. Nous sommes encore loin d’obtenir un cœur imprimé en 3D ou d’un rein complètement fonctionnel, mais les progrès sont réels.

La microfluidique est une science manipulant des fluides aux caractéristiques de l’ordre du micromètre

Les recherches de cette équipe américaine pourraient faire pencher la balance. Elles se fondent en effet sur la microfluidique. Les bio-imprimantes 3D du marché sont principalement basées sur l’extrusion, extrudant des encres couche par couche d’une épaisseur de 200 microns environ. Or, grâce à la microfluidique, on pourrait atteindre quelques dizaines de microns seulement et donc avoir une échelle beaucoup plus proche de celle de la cellule même. Robert Chang explique : “Créer de nouveaux organes sur commande et sauver des vies sans avoir besoin d’un donneur humain sera un immense avantage pour le secteur de la santé. Cependant, atteindre cet objectif est délicat car l’impression d’organes à l’aide de « bio-encres » – des hydrogels chargés de cellules cultivées – nécessite un degré de contrôle fin de la géométrie et de la taille des microfibres imprimées que les imprimantes 3D actuelles ne peuvent tout simplement pas atteindre.”

Cette échelle est capitale car elle vient affecter la biologie même de l’organe en question. En se rapprochant le plus possible de celle des cellules humaines, l’équipe serait en mesurer de reproduire plus fidèlement les caractéristiques biologiques de chacune. Elle a donc développé un modèle informatique d’une tête d’impression microfluidique pour jouer sur les paramètres comme la vitesse d’écoulement ou encore la dynamique des fluides. Ce modèle lui permet de modifier les géométries et les propriétés matérielles de la structure bio-imprimée. Elle offre surtout la possibilité de mélanger plusieurs bio-encres, et donc plusieurs types de cellules, pour concevoir des organes plus complexes.

Les bio-imprimantes 3D actuelles sont principalement basées sur un procédé d’extrusion (crédits photo : Département06-Xavier Giraud)

Pour l’instant, les chercheurs affirment avoir imprimé des vessies grâce à des échafaudages imprimés en 3D. Mais en combinant plusieurs bio-encres, ils espèrent aller beaucoup plus loin. Robert Chang conclut : « Le fait de pouvoir opérer à cette échelle, tout en mélangeant précisément les bio-encres, nous permet de reproduire n’importe quel type de tissu. Cette technologie est encore si nouvelle que nous ne savons pas précisément ce qu’elle permettra. Mais nous savons qu’elle ouvrira la porte à la création de nouvelles structures et de nouveaux types importants de biologie. »

En attendant la suite des développements, vous pouvez vous rendre sur le site de l’Institut Stevens ICI. Que pensez-vous de cette méthode de bio-impression microfluidique ? Partagez votre avis dans les commentaires de l’article. Retrouvez toutes nos vidéos sur notre chaîne YouTube ou suivez-nous sur Facebook ou Twitter !

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