Récemment, des avancées en impression 3D permettent d'imprimer des cellules vivantes, mais les résultats ressemblent souvent à un simple pudding cellulaire plutôt qu'à un organe fonctionnel. Grâce à une gélatine chimiquement modifiée, les cellules forment désormais un tissu réaliste : un premier pas vers l'épargne d'organes donateurs.
L'impression 3D révolutionne de nombreuses applications, notamment la médecine régénérative par la reproduction de tissus vivants. Les tissus naturels possèdent une microarchitecture extrêmement complexe, rendant cruciale l'impression de cellules – leurs briques de base – à haute résolution. Le défi majeur réside dans les "bio-encres" adaptées. Nos recherches sur des bio-encres à base de gélatine modifiée ont permis, pour la première fois, d'imprimer des cellules vivantes à des résolutions jusqu'à 1 micromètre (1/1000 de millimètre).
Les cellules sont délicates à manipuler en impression 3D et survivent souvent mal au processus. Nous les intégrons dans notre bio-encre de gélatine avant impression, qui doit répondre à des critères stricts.
La bio-encre idéale mime l'environnement naturel, soutient les cellules pendant et après l'impression, puis se dégrade progressivement au profit du tissu formé. La gélatine, dérivée du collagène et bien connue en cuisine, remplit idéalement ces rôles.
Utilisée dans l'agroalimentaire, la gélatine est idéale pour l'impression 3D cellulaire : non toxique, économique (sous-produit de l'industrie viandeuse) et proche du collagène extracellulaire. Cependant, elle fond facilement dans le corps, risquant de transformer l'organe imprimé en pudding cellulaire.
Ces bio-encres permettent pour la première fois d'imprimer des cellules vivantes à des résolutions microscopiques.
Nous avons modifié chimiquement la gélatine en y intégrant des molécules photosensibles. Après irradiation, elles forment un réseau stable et insoluble, préservant la structure in vivo. Cela compatibilise aussi les techniques d'impression lumineuse (stéréolithographie, projection numérique, lithographie multiphotonique) pour une résolution accrue.
Les crêtes obliques de gélatine rouge imprimées en 3D orientent les cellules oculaires (noyau bleu) dans une direction précise.
Pour adapter aux divers tissus, nous ajustons la bio-encre : concentration de gélatine pour la rigidité (sans nuire aux cellules), ou type/quantité de photosensibilisants pour optimiser l'impression.
Les structures complexes, comme l'Atomium aux piliers fins, exigent un support autoportant. Notre succès avec la gélatine ouvre des perspectives pour tissus sophistiqués.
Après optimisation, nous imprimons pour la première fois des cellules vivantes en structures 3D complexes à 1 micromètre de résolution.
BruxCELLes : bio-encres innovantes pour formes autoportantes comme l'Atomium à l'échelle cellulaire, vers des tissus complexes.
Cette haute résolution et compatibilité cellulaire étendent les applications au-delà de la régénération : tester médicaments ou cosmétiques sur tissus 3D (vaisseaux, tumeurs cérébrales, barrières placentaires) au lieu d'animaux.
Tester médicaments sur organes 3D plutôt que sur animaux.
Les "organes sur puce" intègrent tissus 3D fonctionnels sur puces canaliculées. Les effets médicamenteux sont visibles instantanément, rendant les tests plus humains, rapides et pertinents sur tissus humains. Nos bio-encres haute résolution sont essentielles.
Vaisseau sanguin sur puce : microvaisseaux (10-30 µm, rouge) avec cellules endothéliales et souches, mimant tissus réels pour tests médicamenteux.
Remplacer organes donateurs reste prospectif, nécessitant recherches approfondies.
Ces résultats alimentent le projet XPECT INX (www.XPECT-INX.com) pour commercialisation. Un pas vers l'humain recréable...
Jasper Van Hoorick, nommé pour la Flemish PhD Cup. Plus sur www.phdcup.be.
