Quelle est l’utilité de la bio-impression en recherche biologique ?

Une étude récente de l’université d’État de Caroline du Nord a eu recours à la bio-impression 3D pour produire des cellules végétales afin d’évaluer l’utilité de cette méthode en recherche biologique. Ils ont produit des cellules d’Arabidopsis (cresson de terre ; souvent utilisé dans la recherche génétique) et de soja. Leurs cellules imprimées en 3D avaient une viabilité adéquate et ont continué à produire des microcalli – des groupes de tissus végétaux – ce qui indique qu’elles ont été produites avec succès. Ces résultats suggèrent que la bio-impression 3D pourrait être au moins aussi efficace que les méthodes traditionnelles de reproduction des cellules végétales.

Tout d’abord, examinons la méthode utilisée pour réaliser l’expérience : l’extrusion pneumatique. Il s’agit d’un type de bio-impression 3D dans lequel le chercheur utilise la pression de l’air pour faire sortir le matériau biologique par une buse. Il a ainsi imprimé à la fois la bio-encre et les structures de soutien, assimilées à des échafaudages. Pour ces dernières, ils ont testé deux types différents, l’agarose et l’alginate de sodium, afin de déterminer lequel s’est avéré le plus efficace. Les cellules de soja ont montré une bonne viabilité de près de 49 % deux semaines après leur création, ce qui indique que la bio-impression pourrait produire des cellules avec une viabilité égale à celle du pipetage manuel traditionnel. Après 5 jours, la viabilité au sein de la structure bio-imprimée en 3D était de près de 25 % pour les cellules d’Arabidopsis avec un « échafaudage » d’agarose.

Pour les cellules viables, les chercheurs ont pu évaluer la production de microcalli à savoir des groupes de cellules de parenchyme non organisées, un type de cellule végétale. La reprise du cycle cellulaire a coïncidé avec l’induction des gènes centraux du cycle cellulaire et des gènes liés à la régénération cellulaire. Essentiellement, ils ont amené les cellules bio-imprimées à redémarrer leur cycle cellulaire et à se reproduire.   Les chercheurs ont constaté qu’après 14 jours, en moyenne 90 % des constructions bio-imprimées avaient formé 5 à 6 microcalli. Cela indique que les cellules bio-imprimées en 3D ont le potentiel de subir une division cellulaire et de se comporter comme des cellules produites par des méthodes traditionnelles.

Enfin, les scientifiques ont examiné l’identité cellulaire des cellules de plantes racinaires bio-imprimées et des microcalli qu’elles avaient formés. Ils ont utilisé des marqueurs pour suivre l’expression des protéines et ont constaté que l’identité cellulaire semblait changer au fil du temps. Ils ont observé que les cellules induisaient des gènes responsables de l’initiation ou du maintien de l’identité des cellules souches dans les 3 jours d’observation. Les chercheurs ont également testé si l’environnement pouvait être modifié pour évaluer les réponses cellulaires en appliquant une forte salinité. Ils ont constaté que les cellules étaient moins viables dans ces conditions de stress, qu’elles soient méristématiques (cellules végétales non spécialisées qui peuvent devenir n’importe quel type de cellule) ou différenciées.

Résultats et implications

La viabilité des cellules produites par bio-impression montre que les scientifiques pourraient l’utiliser comme une alternative au pipetage, en particulier parce qu’elle « offre de meilleures possibilités de traitement à haut débit et de contrôle de l’architecture des cellules après la bio-impression« , selon le co-auteur correspondant, le professeur Ross Sozzani. La production de microcalli indique que ces cellules peuvent rejoindre le cycle cellulaire et se diviser comme des cellules normales. Enfin, l’étude de l’identité des cellules indique que :

Les cellules bio-imprimées peuvent prendre l’identité des cellules souches ; elles se divisent, se développent et expriment des gènes spécifiques. Lorsque vous faites une bio-impression, vous imprimez une population entière de types de cellules. Nous avons pu examiner les gènes exprimés par les cellules individuelles après la bio-impression 3D afin de comprendre tout changement d’identité cellulaire.

Les chercheurs ont suggéré que d’autres études pourraient utiliser la bio-impression 3D pour tester la viabilité, la division et l’identité des cellules dans un « environnement réglable ». La bio-impression 3D a déjà été utilisée dans des projets biologiques tels que la croissance d’organes et la production de substituts de viande. Il s’agit d’un domaine très intéressant, important pour la découverte scientifique et pas seulement pour les applications commerciales, contrairement à certaines utilisations de l’impression 3D. Si vous souhaitez lire le rapport complet, il est disponible sur Science.org (connexion requise). Vous pouvez trouver un résumé sur le blog d’actualités de l’Université ICI.

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*Crédits photo de couverture : Lisa Van den Broeck, NC State University