Un cartilage d’oreille bio-imprimé en 3D élastique

On entend souvent dire que nous sommes sur le point d’imprimer en 3D des organes fonctionnels, mais la réalité en laboratoire est bien plus complexe. Bien que cela reste un rêve lointain, une équipe de chercheurs de l’ETH Zurich a franchi une étape décisive qui réduit cet écart. Il s’agit de la création d’un cartilage auriculaire élastique et stable à partir de cellules humaines cultivées en laboratoire. Dirigé par le chercheur Philipp Fisch et la professeure Marcy Zenobi-Wong, ce groupe scientifique a réussi à développer une oreille artificielle imprimée en 3D qui conserve sa forme et ses propriétés mécaniques après avoir été implantée sur des modèles animaux, rapprochant ainsi la possibilité d’offrir des solutions personnalisées aux patients souffrant de malformations ou de lésions graves.

L’objectif principal de cette recherche est de dépasser les limites des méthodes de reconstruction actuelles. Aujourd’hui, la norme pour traiter une malformation ou la perte d’une oreille suite à un accident consiste à prélever du cartilage sur les côtes du patient lui-même afin de sculpter une nouvelle oreille. Outre le fait qu’elle soit douloureuse, cette méthode aboutit souvent à une oreille plus rigide que la normale. C’est pourquoi les scientifiques cherchent à créer un tissu qui présente la stabilité et la souplesse nécessaires avant d’être implanté dans le corps humain.

Schéma du processus de fabrication du cartilage d’oreille (crédits : P. Fisch, S. Kessler, S. Ponta, et al.)

Le cartilage d’oreille bio-imprimé en 3D : comment ça marche ?

Pour obtenir le matériel biologique nécessaire, les chercheurs ont prélevé des cellules sur de petits fragments de cartilage provenant de résidus de chirurgies antérieures pratiquées sur d’autres patients. À partir d’un échantillon d’à peine trois millimètres, ils ont d’abord isolé environ 100 000 cellules, qu’ils ont ensuite multipliées dans une solution nutritive spéciale jusqu’à atteindre les centaines de millions nécessaires à la reconstitution d’une oreille complète. Au cours de ce processus de culture, l’équipe a optimisé l’environnement pour s’assurer que les cellules produisent du collagène de type II et de l’élastine, propres au cartilage auriculaire, et ne se transforment pas en fibroblastes, qui généreraient un tissu cicatriciel beaucoup plus mou.

Les cellules multipliées sont mélangées à une « bio-encre », un matériau gélatineux servant de support, puis introduites dans une imprimante 3D qui donne forme à la structure auriculaire. Une fois imprimée, l’oreille n’est pas implantée immédiatement. Le tissu obtenu est initialement très mou et nécessite une période de maturation de plusieurs semaines dans un incubateur. Pendant ce temps, la structure reçoit un apport constant d’oxygène et de nutriments afin de favoriser le développement d’un réseau solide de protéines et de sucres qui lui confère sa résistance définitive.

Les résultats de la recherche sont prometteurs. Après neuf semaines de maturation en laboratoire et six semaines supplémentaires implantées sous la peau de rats, les oreilles artificielles ont conservé leur forme et présenté des propriétés mécaniques très similaires à celles du cartilage humain naturel. Philipp Fisch souligne que la combinaison d’une forte densité cellulaire et d’un environnement de maturation contrôlé a été déterminante pour cette réussite. Le chercheur met toutefois en garde contre la complexité de ces processus : « Notre groupe travaille sur ce problème depuis plus de dix ans. En matière de biofabrication de tissus, ou d’ingénierie tissulaire comme on l’appelle aussi, il est rare de voir des avancées rapides. »

Les prochaines étapes de la recherche se concentreront sur le perfectionnement du réseau d’élastine, la protéine responsable de la malléabilité de l’oreille, qui représente encore un défi biologique pour sa stabilisation à long terme. Philipp Fisch estime qu’il faudra peut-être encore cinq ans pour mettre au point le plan biologique parfait avant de passer aux essais cliniques. Vous pouvez lire le communiqué officiel ici.

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*Crédits photo de couverture : Philipp Fisch / ETH Zurich