Des vaisseaux sanguins imprimés en 3D à partir de sucre

A l’Université de Rice, les chercheurs n’utilisent pas des polymères ou des métaux pour imprimer en 3D des formes complexes mais du sucre ! Un ingrédient qui pourrait avoir un impact particulier sur le secteur médical et la compréhension de nos cellules : en effet, à partir de sucre en poudre, l’équipe explique qu’elle a pu fabriquer des réseaux complexes de vaisseaux sanguins ramifiés sur lesquels elle a réussi à maintenir en vie des cellules densément concentrées pendant deux semaines. En imitant les réseaux vasculaires, les chercheurs espèrent fournir de l’oxygène et des nutriments à de multiples cellules et ainsi soigner des patients sur le long terme.

L’équipe de l’Université de Rice s’est penchée sur la question des vaisseaux sanguins et de l’ingénierie tissulaire depuis maintenant quelques années. L’un des plus gros obstacles rencontrés est la possibilité de concevoir une grande structure tissulaire capable d’accueillir des centaines de millions de cellules vivantes. Ian Kinstlinger, étudiant en bio-ingénierie à la Brown School of Engineering de Rice, explique : “Fournir suffisamment d’oxygène et de nutriments à toutes les cellules de ce grand volume de tissu devient un défi monumental.” La nature elle, sait bien faire les choses puisque le corps humain possède aujourd’hui des vaisseaux ramifiés, de plus en plus fins mais de plus en plus nombreux, à l’image des branches d’un arbre. Cette ramification permet à l’oxygène et aux nutriments de circuler vers les cellules, dans tout le corps. Les chercheurs se sont tournés vers la fabrication additive pour reproduire ce mécanisme.

Des vaisseaux sanguins imprimés en 3D à partir de la technologie SLS

Ils se sont d’abord penchés sur un procédé d’extrusion de sucre fondu mais ils se sont rendus compte qu’il ne pouvait créer suffisamment de détails et de complexité. C’est pourquoi ils ont utilisé un processus de frittage sélectif par laser à l’aide d’un découpeur laser open-source modifié dans le laboratoire du co-auteur de l’étude, Jordan Miller, professeur adjoint de bio-ingénierie à Rice. Une technologie qui leur aurait permis d’imprimer des modèles en sucre sur lesquels ils peuvent construire toutes sortes de combinaisons de cellules et de matériaux autour. Les chercheurs viennent en fait couler un gel chargé en cellules dans ces structures – elles servent de moules finalement. 

Une fois les réseaux de sucre imprimés en 3D chargés, les chercheurs expliquent qu’ils ont été pompés avec de l’oxygène et des nutriments. Les vaisseaux auraient été capables d’alimenter les cellules pendant deux semaines. Pour ce test, les chercheurs ont utilisé des cellules hépatocytaires du foie, particulièrement difficiles à maintenir en dehors du corps, ce qui vient renforcer la réussite des travaux de recherche des scientifiques. 

Pourquoi le sucre ?

C’est sans doute une question que tout le monde se pose. Ian Kinstlinger explique que le sucre est durable lorsqu’il est sec et qu’il peut se dissoudre rapidement dans l’eau sans endommager les cellules voisines ce qui le rend particulièrement intéressant dans l’impression de modèles de vaisseaux sanguins. Plusieurs sucres seraient mélangés pour obtenir le matériau final d’impression. Une fois la pièce injectée avec le gel liquide, le sucre est dissous et évacué pour laisser un passage pour les nutriments et l’oxygène. Ian conclut : “Un avantage majeur de cette approche est la vitesse à laquelle nous pouvons générer chaque structure tissulaire. Nous pouvons créer certains des plus grands modèles tissulaires jamais démontrés en moins de cinq minutes.”

Les chercheurs auraient également développé un algorithme personnalisé leur permettant de générer de grands réseaux très complexes et de  garantir qu’ils peuvent être correctement imprimés en utilisant la nouvelle technique. Un algorithme conçu en collaboration avec le studio de design Nervous System. Vous pouvez retrouver davantage d’informations ICI.

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