Les projets de la bio-impression : organes et tissus imprimés en 3D

Un cœur humain miniature imprimé en 3D

Une équipe de recherche de l’université de Boston a utilisé la technologie de l’impression 3D pour développer une réplique miniature d’un cœur humain. Le dispositif a été créé en combinant des cellules cardiaques dérivées de cellules souches humaines et des pièces acryliques imprimées en 3D à l’échelle microscopique. Il s’agit d’une « pompe microfluidique cardiaque unidirectionnelle miniaturisée de précision », également appelée miniPUMP (miniaturized Precision-enabled Unidirectional Microfluidic Pump). La caractéristique étonnante de la miniPUMP est qu’elle peut battre toute seule, tout comme un cœur humain, grâce à son tissu vivant. Les chercheurs veulent utiliser cette réplique de la cavité cardiaque pour étudier le fonctionnement du cœur dans le corps humain. Le dispositif pourrait, par exemple, être utilisé pour mieux comprendre comment le cœur se développe dans un embryon, comment le tissu cardiaque est affecté par la maladie, ou quelle est l’efficacité des nouveaux médicaments pour traiter ces maladies. Une véritable révolution qui pourrait éviter le recours aux essais sur l’homme à l’avenir.

A gauche : une réplique à grande échelle de l’échafaudage imprimé en 3D supportant le tissu cardiaque. (Crédit photo : Christos Michas). A droite : La miniPOMP vue de côté prise au laboratoire. (Crédit photo : Jackie Ricciardi).

Une solution imprimée en 3D en cas d’insuffisance rénale

Nous découvrons un autre exemple parfait de la bio-impression en ce qui concerne les reins. Dans le monde entier, d’innombrables personnes souffrent de leur défaillance, le problème étant qu’il n’existe pas beaucoup de possibilités de traitement. C’est pourquoi l’entreprise américaine Trestle Biotherapeutics s’est lancée dans le développement de tissus imprimés en 3D qui peuvent être implantés chez des patients souffrant d’une maladie rénale en phase terminale. Concrètement, il s’agit de tissus rénaux entièrement fonctionnels qui doivent remplacer et également compléter les fonctions rénales perdues jusqu’à présent. Selon les indications de Trestle Biotherapeutics, cette nouvelle thérapie fonctionne grâce à l’intégration de la biologie des cellules souches en combinaison avec la bio-impression 3D. L’objectif de l’équipe de Trestle n’est pas seulement de libérer les personnes concernées du traitement par dialyse et de leur donner plus de temps avant la transplantation, mais aussi de faire en sorte que ce tissu rénal fabriqué par bio-impression agisse à l’avenir comme un organe de remplacement fonctionnel.

Crédit photo : Trestle Biotherapeutics

Bio-impression 3D d’une cornée

Chaque année, plus de 1,5 million de personnes souffrent de problèmes de cornée qui peuvent conduire à la cécité, autrement dit l’absence de perception de la lumière. Pour y remédier, un groupe de recherche d’Hyderabad, en Inde, a réussi à mettre au point la première cornée bio-imprimée en 3D. Le tissu lui-même est fabriqué à partir d’une bio-encre obtenue à partir de tissu cornéen humain et sans aucun ajout d’autre élément artificiel ou synthétique. Pour chaque cornée humaine donnée, trois nouvelles cornées peuvent être imprimées en 3D, affirment les promoteurs de cette initiative. Ces avancées dans le domaine de l’ophtalmologie permettront de traiter des maladies telles que la cicatrisation de la cornée et le kératocône. Le projet a été testé sur des lapins et, bien qu’il faille encore attendre un certain temps avant de pouvoir l’utiliser chez l’homme, les résultats ont été concluants et très prometteurs.

Crédits photo : IANS Photo

Une solution pour lutter contre la stérilité

La santé des femmes est un domaine de la médecine souvent considéré comme peu étudié car de nombreuses pathologies sont encore mal comprises. Cependant, la bio-impression en 3D de parties de l’appareil reproducteur pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre le comportement des cellules et, par conséquent, diverses maladies. En 2022, un groupe de scientifiques basé à l’hôpital de Tongi en Chine a mis au point un ovaire artificiel imprimé en 3D à l’aide de cellules de souris et de gélatine méthacryloyle (GelMA), un hydrogel commun utilisé en bio-ingénierie. Ils ont constaté que cet hydrogel était un choix viable pour la bio-impression 3D. Les résultats suggèrent qu’il ne convient pas aux cellules ovariennes primaires (c’est-à-dire aux cellules ovariennes prélevées directement dans les tissus). En revanche, il convient à la croissance in vitro de follicules ovariens (groupe de cellules contenant un ovule immature et d’autres cellules). Selon les chercheurs, leurs résultats pourraient être appliqués cliniquement « dans le traitement des troubles endocriniens et reproductifs féminins ».

Dans un projet similaire à la Northwestern University, les scientifiques ont cultivé un ovule de souris dans un échafaudage d’ovaire bioprothétique. (Crédit photo : Northwestern University)

Le mini-foie de l’Université de São Paulo grâce à la bio-impression

Des chercheurs de l’Université de São Paulo au Brésil ont réussi à bio-imprimer en 3D des versions miniatures d’un foie humain à partir de cellules sanguines. Le processus n’a duré que 90 jours, du prélèvement du sang du patient à la production du tissu. Ces petits organes hépatiques remplissent toutes les fonctions de l’organe en question : production de protéines vitales, stockage des vitamines et sécrétion de la bile. Pour fabriquer le tissu hépatique, l’équipe a utilisé la bio-imprimante Inkredible, commercialisée par le fabricant Cellink, l’un des acteurs les plus reconnus du marché de la bio-impression.

Le mini foie a été bio-imprimé en 90 jours (crédits photo : Agência FAPESP)

Une oreille bio-imprimée

Une jeune femme américaine, souffrant de microtie, a reçu avec succès un implant d’oreille imprimé en 3D aux États-Unis. Cette maladie est une anomalie congénitale qui entrave le développement de l’oreille externe. L’implant a été fabriqué par la société 3DBio Therapeutics à partir d’hydrogel de collagène et de cellules cartilagineuses de la patiente. Un demi-gramme aura suffit pour prélever le cartilage de l’oreille. Les cellules responsables de la formation du cartilage sont cultivées dans un mélange de nutriments breveté et se multiplient en conséquence. Elles sont ensuite mélangées à une encre biologique. En l’espace de dix minutes, une oreille peut être imprimée pour les patients. Après l’impression, l’oreille est envoyée dans une enveloppe de protection au chirurgien, qui procède ensuite à la transplantation. Contrairement à la méthode de traitement traditionnelle, qui consiste à fabriquer une prothèse à partir du cartilage des côtes, ce traitement est moins coûteux. Le professeur Anthony Atala, directeur du Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, souligne l’importance de ce projet : « Il s’agit d’une avancée majeure dans le domaine de la médecine régénérative. L’impression 3D vise à offrir un certain nombre d’avantages par rapport aux tissus artificiels fabriqués à la main, notamment une mise à l’échelle, une plus grande précision de conception et des coûts réduits ».

Crédits photo : 3DBio Therapeutics

Un pancréas bio-imprimé en 3D pour aider à lutter contre le diabète

Le pancréas a un rôle important à jouer dans l’organisme puisqu’il produit de l’insuline. Par conséquent, lorsqu’il fonctionne mal, cela peut avoir de graves conséquences, notamment provoquer du diabète. Étant donné que cette maladie touche plus de 463 millions de personnes dans le monde, la recherche de solutions plus permanentes et plus efficaces pour soigner le diabète devient de plus en plus importante et l’impression 3D pourrait notamment jouer un rôle. Polbioionica, une entreprise polonaise issue d’une équipe multidisciplinaire de scientifiques de la Fondation pour la recherche et le développement des sciences ont été les premiers à utiliser la bio-impression pour fabriquer un pancréas bionique doté d’un système vasculaire complet en mars 2019. La société se consacre à la création de ces organes entièrement fonctionnels à partir de bio-encre et d’îlots pancréatiques exclusifs, ainsi que des cellules souches du patient. Ils espèrent que cette solution sur-mesure n’apportera pas seulement une solution à la pénurie d’organes qui ne cesse de s’aggraver dans le monde, mais pourrait prévenir le développement de complications chez les personnes souffrant de diabète, tout en réduisant les dépenses de santé.

Crédits photo : Fundacja Badań i Rozwoju Nauki

Poietis et la bio-impression 3D 

Poietis est une entreprise française spécialisée dans les solutions de bio-impression 3D. Elle conçoit et commercialise une gamme de bio-imprimantes 3D nommée Next Génération Bioprinting. La société est particulièrement reconnue pour ses travaux de recherche sur la peau. Poietis présente ainsi la Poieskin, un modèle de peau humaine de pleine épaisseur entièrement produit par la bio-impression 3D. En détails, cette dernière est constituée d’un compartiment dermique, l’une des trois couches constitutives de la peau comprise entre l’épiderme et l’hypoderme, composé de fibroblastes, des cellules du derme, noyés dans du collagène de type 1 et recouvert d’un épiderme disposé en couches superposées qui donne naissance à un motif en 3D. Cette peau bio-imprimée en 3D pourrait servir à tous ceux qui ont subi de graves brûlures, cancer ou autres accidents. D’après Poietis, la haute précision et la résolution de leur bio-imprimante 3D permet de fabriquer des structures cellulaires 3D contrôlées et des modèles de tissus de peau reproductibles. Le fabricant français a d’ailleurs pu réaliser leur premier essai clinique avec leur bio-imprimante 3D. Il a aussi installé la plateforme Next Generation Bioprinting dans un hôpital pour fabriquer des tissus biologiques implantables.

Crédits photo : Poietis

La première reconstruction de nez imprimé en 3D

Il existe un certain nombre de raisons pour lesquelles un patient peut être défiguré, notamment s’il souffre de maladies qui peuvent nécessiter une intervention chirurgicale. Et bien que le traitement de la maladie soit bien sûr le plus important, il peut être difficile pour le patient de changer soudainement son apparence. Heureusement, la bio-impression peut aussi être en mesure de résoudre ce problème. Dans un cas de l’Institut universitaire du cancer de Toulouse et de CERHUM, une patiente qui avait perdu une grande partie de son nez ainsi que la partie antérieure de son palais pendant le traitement d’un cancer des fosses nasales, a pu faire pousser son propre nez, ce qui a permis une reconstruction complète, réalisée par les docteurs Agnès Dupret-Bories et Benjamin Vairel. Le processus s’est déroulé en plusieurs étapes, en commençant par un bio-matériau imprimé en 3D qui a été implanté sous la peau de l’avant-bras de la patiente pour la vascularisation, ou le processus de croissance des vaisseaux sanguins dans un tissu. Après deux mois, la colonisation du dispositif médical était terminée et il a été transplanté dans la zone nasale et revascularisé avec succès, donnant à la patiente un nez entièrement fonctionnel, fabriqué à partir de ses propres cellules.

Crédits photos : CERHUM/Hôpital universitaire de Toulouse

Découvrez d’autres projets de bio-impression dans notre vidéo !

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