Un coeur qui bat vraiment imprimé en 3D

Les maladies cardiovasculaires sont l’une des principales causes de décès dans le monde. Selon le Ministère de la Santé et de la Prévention, les maladies cardiovasculaires, ou cardio-neurovasculaires, constituent la deuxième cause de mortalité en France après les cancers. Même si la mortalité et la morbidité baissent depuis une quarantaine d’années grâce à la prévention et aux progrès thérapeutiques, les maladies cardio-neurovasculaires sont toujours à l’origine d’environ 140 000 morts par an. Ainsi , la recherche de traitement se poursuit. Les scientifiques de Harvard ont récemment fait une percée en la matière grâce à la bio-impression. En utilisant une encre spéciale infusée de fibres, ils affirment qu’ils sont capables d’imprimer en 3D un ventricule cardiaque fonctionnel qui peut imiter les battements d’un cœur humain.

Ce n’est pas la première fois que la bio-impression est utilisée pour créer des organes. Actuellement, il y a une pénurie de dons d’organes et selon l’Agence de la Biomédecine, il y avait, au 1^er janvier 2023, 10 810 patients en liste d’attente active (donc immédiatement éligibles à une greffe d’organe), tous organes confondus. Pour combler cette lacune, la bio-impression, ou le fait d’utiliser de vraies cellules pour imprimer des éléments vivants, a été présentée comme une alternative sérieuse au don. Cependant, bien que la recherche se poursuive, la viabilité a été difficile à établir. Créer des tissus qui puissent battre comme un coeur nous rapprocherait non seulement de la possibilité de créer des tissus imprimés en 3D pour la recherche, mais aussi d’imprimer des organes entiers.

Suji Choi, chercheuse associée chez SEAS et première autrice de l’article, explique « Les gens ont essayé de reproduire les structures et les fonctions des organes pour tester l’innocuité et l’efficacité des médicaments afin de prédire ce qui pourrait se passer dans le cadre clinique. L’encre FIG est capable de s’écouler par la buse d’impression mais, une fois la structure imprimée, elle conserve sa forme en 3D. Grâce à ces propriétés, j’ai découvert qu’il était possible d’imprimer une structure semblable à un ventricule et d’autres formes 3D complexes sans utiliser de matériaux de support ou d’échafaudages supplémentaires ».

Création d’un cœur imprimé en 3D fonctionnel

Dans un article publié dans Nature Materials, les chercheurs, issus de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), expliquent comment ils ont développé une nouvelle encre en hydrogel infusée de fibres de gélatine, appelée encre en gel infusée de fibres (FIG). Elle a ensuite été utilisée pour permettre l’impression 3D d’un ventricule cardiaque fonctionnel qui peut même imiter les battements d’un vrai cœur humain. L’encre est imprimée via une buse et, contrairement à d’autres encres, la structure est capable de conserver sa forme 3D immédiatement après l’impression, grâce à l’inclusion des fibres, permettant ainsi d’imprimer une structure semblable à un ventricule sans utiliser de matériaux de support supplémentaires ou échafaudages, selon Choi. De plus, l’équipe a pu contrôler la direction d’impression pour ensuite contrôler l’alignement des cellules du muscle cardiaque.

Une fois la stimulation électrique appliquée, elle a déclenché une vague coordonnée de contractions en alignement avec la direction de ces fibres, essentiellement en pompant. Et, bien que cette version soit simplifiée et miniaturisée, les chercheurs travaillent à la construction de tissus cardiaques plus réalistes avec des muscles plus épais. Actuellement, le ventricule imprimé en 3D peut déjà pomper 5 à 210 fois plus de volume de fluide que les cœurs imprimés en 3D précédents, ouvrant ainsi la voie à la construction de valves cardiaques, de cœurs miniatures à double chambre et plus encore.

Kevin « Kit » Parker, professeur de bio-ingénierie et de physique appliquée de la famille Tarr et chef du groupe de biophysique des maladies chez SEAS, ainsi qu’auteur principal de l’article, conclut que « les encres en gel infusées de fibres ne sont qu’un outil que nous avons développé pour la fabrication additive. Nous avons d’autres méthodes en développement tandis que nous poursuivons notre quête pour construire des tissus humains pour la thérapie régénérative. L’objectif n’est pas d’être guidé par les outils – nous sommes agnostiques en matière d’outils dans notre recherche d’une meilleure façon de construire la biologie« . Vous pouvez en savoir plus, y compris la méthode de fabrication des fibres, dans le communiqué de presse ICI.

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