Des vaisseaux sanguins imprimés en 3D, un pas vers les organes artificiels

Le manque d’organes disponibles pour les transplantations reste un enjeu majeur : la demande dépasse largement l’offre. En France, au 1er janvier 2024, près de 22 000 personnes figuraient sur la liste nationale en attente d’une greffe, certaines d’entre elles patientant des années, parfois en vain. Face à cette pénurie et aux risques liés au rejet des greffons, la médecine régénérative explore des solutions innovantes. Des scientifiques s’efforcent notamment de créer des organes sur mesure, produits à partir des propres cellules des patients, afin de répondre plus rapidement et plus efficacement aux besoins.

Des chercheurs de l’université de Stanford ont récemment franchi une étape clé : ils ont développé une technique avancée permettant de concevoir et d’imprimer en 3D, avec une grande précision et rapidité, des vaisseaux sanguins. Cette avancée répond à l’un des défis majeurs de la création d’organes personnalisés à partir des cellules du patient.

Des vaisseaux sanguins complexes recréés grâce à l’impression 3D

Pour qu’un organe fonctionne, le sang doit circuler depuis de grosses artères jusqu’à de minuscules vaisseaux, où il nourrit les cellules. Ces dernières doivent être très proches des capillaires pour survivre — parfois à moins d’un cheveu de distance, surtout dans des organes comme le cœur. Dans un millimètre cube de tissu cardiaque, on peut trouver plus de 2 500 capillaires, tous connectés entre eux avant de quitter l’organe. Comme chaque organe a une forme unique, créer un réseau de vaisseaux adapté est complexe et lent. Jusqu’ici, les chercheurs utilisaient souvent des modèles vasculaires simples et standard, efficaces pour de petits tissus, mais inadaptés aux organes plus grands et variés.

Une équipe de Stanford a mis au point une méthode pour créer en 3D les réseaux complexes de vaisseaux sanguins qu’on trouve dans les organes. Leur système reproduit fidèlement la structure naturelle de ces vaisseaux et le fait bien plus vite qu’auparavant. Il peut aussi transformer ces modèles en instructions utilisables directement par une imprimante 3D. L’équipe a développé un algorithme capable de créer des réseaux de vaisseaux sanguins très proches de ceux des vrais organes. Intégré à leur logiciel libre SimVascular, il utilise des simulations pour garantir une bonne circulation du sang, évite que les vaisseaux se croisent et forme un circuit fermé avec une seule entrée et sortie, tout en accélérant fortement le processus de création.

« Nous avons réussi à créer en cinq heures un modèle numérique complet pour irriguer un cœur humain. Chaque cellule y est située à seulement 100 à 150 microns d’un vaisseau sanguin, ce qui est un très bon résultat », explique Zachary Sexton, chercheur postdoctoral et co-auteur principal de l’étude. Le modèle comptait environ un million de vaisseaux. « Une telle tâche n’avait jamais été accomplie auparavant, et les anciennes méthodes auraient sans doute nécessité plusieurs mois ». Même si les imprimantes 3D ne peuvent pas encore produire des réseaux très fins, les chercheurs ont réussi à imprimer un modèle avec 500 branches. Ils ont aussi testé une version plus simple en y intégrant des cellules rénales humaines. Grâce à une bio-imprimante, ils ont fait circuler un liquide nourrissant à travers 25 petits vaisseaux, ce qui a permis de garder vivantes de nombreuses cellules proches du réseau.

Vers des vaisseaux sanguins fonctionnels

Les chercheurs précisent que les structures créées ne sont pas encore de vrais vaisseaux sanguins. Il s’agit de simples canaux imprimés en 3D, sans les cellules spécifiques qui composent normalement les parois vasculaires. « C’est la première étape vers la génération de réseaux vasculaires vraiment complexes », explique Dominic Rütsche, chercheur postdoctoral et co-auteur principal.

« Nous pouvons les imprimer avec des complexités jamais vues auparavant, mais ce ne sont pas encore des vaisseaux entièrement physiologiques. Nous travaillons là-dessus. » L’équipe s’efforce maintenant de rendre ces réseaux pleinement fonctionnels. Ils cherchent aussi des moyens de pousser les vaisseaux les plus fins à se former naturellement, tout en améliorant la vitesse et la précision des bio-imprimantes.

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*Crédits photo de couverture : Stanford University