Nous avons récemment pu imprimer en 3D des cellules vivantes, mais ce qui sort de l'imprimante ressemble souvent plus à un pudding cellulaire qu'à un organe. Avec la gélatine modifiée, les cellules forment un tissu plus réaliste :les premiers pas pour épargner les organes.
L'impression 3D est l'avenir pour de nombreuses applications. L'une de ces applications est la reproduction de tissus vivants pour la médecine régénérative. Les tissus naturels ont une (micro)architecture très complexe. C'est pourquoi il est important de pouvoir imprimer des cellules vivantes, les éléments constitutifs des tissus vivants, à haute résolution. L'une des difficultés consiste à trouver des matériaux ou des « bio-encres » adaptés. C'est pourquoi nous avons mené des recherches sur de nouvelles "bio-encres" à base de gélatine. En modifiant chimiquement la gélatine, nous avons pour la première fois réussi à imprimer des cellules vivantes à des résolutions allant jusqu'à 1 micromètre, soit 1 millième de millimètre.
Les cellules sont très difficiles à traiter avec une imprimante 3D. De plus, ils ne survivent souvent pas ou pas suffisamment au processus d'impression. Pour résoudre ce problème, nous avons mélangé les cellules dans notre « encre bio » de gélatine avant l'impression. Mais pour ce faire, cette encre bio doit avoir des propriétés importantes.
La bio-encre idéale imite l'environnement naturel et soutiendra les cellules pendant et après le processus d'impression. De plus, avec le temps, celle-ci doit être progressivement décomposée par les cellules pendant qu'elles prennent en charge l'imprimé. De cette façon, seul le tissu naturel nouvellement formé reste après un certain temps. Un matériau qui répond à bon nombre de ces propriétés est la gélatine, que nous connaissons entre autres dans la cuisine.
La gélatine, très utilisée dans l'industrie agro-alimentaire, est un matériau très intéressant pour l'impression 3D de cellules. Il est non toxique et dérivé du collagène, qui est la pierre angulaire de l'environnement cellulaire naturel. De plus, il est relativement bon marché en tant que sous-produit de l'industrie de la viande. Cependant, un problème majeur avec la gélatine est qu'elle fond sur votre langue, ce qui signifie qu'elle se dissout dans votre corps. De cette façon, votre organe imprimé en 3D se transformerait rapidement en pudding cellulaire.
Ces bio-encres ont permis pour la première fois d'imprimer des cellules vivantes à des résolutions microscopiques
C'est pourquoi nous avons modifié chimiquement la gélatine dans les recherches actuelles en y incorporant des molécules sensibles à la lumière. Après irradiation, ces molécules vont s'enchaîner pour former 1 gros réseau de gélatine insoluble. Cela maintient la structure stable dans le corps. Un avantage supplémentaire de l'incorporation de ces groupes sensibles à la lumière est que nous pouvons également traiter ces « bio-encres » avec des imprimantes 3D basées sur la lumière telles que la stéréolithographie, la projection de lumière numérique ou la lithographie multiphotonique. Ces imprimantes 3D ont des résolutions plus élevées, et permettent ainsi plus de détails dans les structures.
Les crêtes obliques de gélatine rouge imprimées en 3D orientent les cellules oculaires à noyau bleu dans une certaine direction.
Puisqu'il existe de nombreux types de tissus différents - avec des caractéristiques différentes - il est important de pouvoir ajuster les propriétés de la bioencre. Ça peut être fait de plusieurs façons. Tout d'abord, vous pouvez jouer avec la concentration de gélatine dans le mélange. Plus cette concentration est élevée, plus le matériau sera rigide après impression. Mais des concentrations trop élevées ont un effet négatif sur les cellules. Une deuxième méthode pour influencer les propriétés consiste à faire varier le type et la quantité de molécules photosensibles incorporées. En incorporant plus de molécules réactives, l'efficacité d'impression peut être grandement améliorée.
Une difficulté supplémentaire est de développer un matériau qui puisse également supporter son propre poids dans des structures complexes. Un exemple d'une telle structure difficile est l'Atomium, qui est soutenu par de petites structures. Puisque nous avons réussi pour la première fois à imprimer des structures aussi complexes en gélatine, cela ouvre également des possibilités pour les tissus complexes.
Après avoir optimisé la bioencre, nous avons réussi pour la première fois à imprimer des cellules vivantes dans des structures 3D complexes à des résolutions allant jusqu'à 1 micromètre.
BruxCELLes :grâce aux bio-encres nouvellement développées, des formes autoportantes complexes telles que l'Atomium peuvent être imprimées à l'échelle cellulaire. Ces résultats prometteurs ouvrent la voie à des structures tissulaires complexes.
Cette résolution extrêmement élevée et la possibilité d'imprimer en présence de cellules étendent le potentiel de cette technologie bien au-delà des simples donneurs d'organes pour la médecine régénérative. Et si vous pouviez tester des médicaments et des shampoings sur de minuscules tissus imprimés en 3D au lieu d'animaux ? Pensez aux vaisseaux sanguins imprimés en 3D, aux tumeurs cérébrales, aux barrières placentaires, ...
Tester des médicaments sur des organes imprimés en 3D au lieu d'animaux
C'est exactement ce sur quoi se concentrent les applications dites « d'organes sur puce ». De petits tissus 3D fonctionnels sont imprimés sur une puce munie de canaux. Lorsque les médicaments sont introduits dans ces canaux, leur effet sur les cellules est immédiatement apparent. En conséquence, ils offrent une alternative aux tests sur les animaux et le développement de médicaments peut non seulement être beaucoup plus humain, mais aussi beaucoup plus fluide. En effet, il est possible d'examiner directement les effets sur les tissus humains. Les bio-encres développées qui permettent l'impression cellulaire à haute résolution sont cruciales pour cela.
Un vaisseau sanguin sur une puce :en rouge, vous voyez des microvaisseaux sanguins imprimés en 3D avec des diamètres compris entre 10 et 30 micromètres. La couleur rouge est formée par les cellules des vaisseaux sanguins présentes qui se développent sur la paroi des vaisseaux sanguins. Les autres "taches" rouges sont des cellules souches qui se trouvent dans l'environnement imprimé en 3D. De cette façon, vous vous rapprochez de vrais tissus pour tester des médicaments.
À l'heure actuelle, l'application finale pour remplacer les organes des donneurs est encore quelque chose d'avenir et de nombreuses recherches doivent encore être menées avant de pouvoir être utilisées en médecine régénérative.
Mais pour raccourcir le chemin, les résultats de la recherche actuelle sont déjà utilisés comme base pour un projet dérivé "XPECT INX" (www.XPECT-INX.com), où ces bio-encres sont développées plus avant pour des applications commerciales. . Un petit pas de plus vers l'être humain (re)créable...
Jasper Van Hoorick a été nominé pour la Flemish PhD Cup. Découvrez-en plus sur ses recherches sur www.phdcup.be.
