Des bioingénieurs impriment en 3D des réseaux vasculaires complexes
Une équipe de scientifiques de l’Université Rice et de l’Université de Washington a publié il y a quelques jours ses travaux en bioimpression : ils avanceraient à grands pas vers l’impression d’organes à partir d’une technique qui s’appuie sur la photopolymérisation. Celle-ci leur permettrait de créer des réseaux vasculaires enchevêtrés plus complexes imitant les voies de passage naturelles du corps pour le sang, l’air, la lymphe et d’autres fluides vitaux. Cette méthode de bioimpression utiliserait des cellules vivantes et des hydrogels.
Il y a quelques jours, nous vous présentions le projet de ces chercheurs israéliens qui affirmaient avoir créé un coeur imprimé en 3D capable de se contracter. De la taille d’une cerise, cet organe n’est qu’un début mais montrait bien le potentiel des technologies 3D dans le secteur médical et les opportunités qu’elles offrent, rien que pour résoudre le défi des greffes d’organes. Un secteur qui a visiblement intéressé Jordan Miller et Kelly Stevens, les deux bioingénieurs à l’origine de ces recherches ; ils ont utilisé la technologie DLP pour créer un modèle s’apparentant à un poumon, où les voies respiratoires fournissent de l’oxygène aux vaisseaux sanguins environnants. Les deux scientifiques ont travaillé avec une quinzaine de collaborateurs ainsi qu’avec le studio de design Nervous System.
Kelly Stevens et Jordan Miller (crédits photo : Dennis R. Wise/Université de Washington)
Une technologie pour relever le défi de la multi-vascularisation
En s’intéressant de plus près à la bioimpression, et particulièrement à la création de tissus fonctionnels humains, les scientifiques de l’Université de Rice se sont rendus compte de la complexité du système vasculaire, une complexité qui viendrait freiner le processus d’impression. Or ce système fournit aujourd’hui tous les nutriments aux tissus, jouant ainsi un rôle primordial. Jordan Miller explique : “Nos organes contiennent en réalité des réseaux vasculaires indépendants, tels que les voies respiratoires et les vaisseaux sanguins du poumon ou les voies biliaires et les vaisseaux sanguins du foie. Ces réseaux s’interpénétrant sont physiquement et biochimiquement enchevêtrés, et l’architecture elle-même est intimement liée à la fonction tissulaire. Notre technologie est la première technologie de bioimpression permettant de relever le défi de la multi-vascularisation de manière directe et complète.”
Les chercheurs auraient donc développé une technologie baptisée SLATE pour “stereolithography apparatus for tissue engineering”, méthode qui s’appuierait donc sur la stéréolithographie et plus particulièrement le DLP. Les différentes couches seraient imprimées en 3D à partir d’une solution pré-hydrogel qui se solidifie lorsque exposée à la lumière bleue. Les scientifiques expliquent qu’ils ont ajouté des colorants alimentaires dans les hydrogels, qui viennent absorber la lumière bleue. Ils limiteraient ainsi la solidification à une très fine couche. De cette manière, le système peut produire en quelques minutes des gels biocompatibles doux, à base d’eau, avec une architecture interne complexe. De plus, les colorants alimentaires seraient à base de produits naturels tels que la poudre du curcuma et les myrtilles.
Préparation d’un modèle à l’échelle d’un sac respiratoire imitant le poumon à des fins d’essai (crédits photo : Jeff Fitlow/Université Rice)
Grâce à cette technologie et en utilisant des cellules vivantes, les équipes ont bio-imprimé une sorte de sac d’air entouré d’une structure tubulaire complexe, imitant les vaisseaux sanguins. Un modèle qui viendrait reproduire le comportement d’un poumon humain où le pompage du sac faciliterait le mélange du sang dans les vaisseaux environnants. Les tests réalisés sur ce modèle auraient montré que les tissus sont suffisamment robustes pour éviter l’éclatement lors de la circulation sanguine. Ils montrent également que les globules rouges sont capables d’absorber de l’oxygène lorsqu’ils circulent dans le réseau de vaisseaux sanguins entourant le sac respiratoire en activité. Ce mouvement d’oxygène est semblable à l’échange gazeux qui se produit dans les alvéoles pulmonaires.
C’est donc un début très prometteur pour cette équipe de chercheurs qui souhaitent, à terme, fabriquer des tissus fonctionnels. Miller conclut : “Avec l’ajout de la structure multi-vasculaire et intra-vasculaire, nous introduisons un vaste ensemble de libertés de conception pour l’ingénierie des tissus vivants. Nous avons maintenant la liberté de construire beaucoup de structures complexes trouvées dans le corps.” En attendant la suite des travaux de recherche de cette équipe, vous pouvez retrouver davantage d’informations ICI.
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