11 Juillet 2022-Presque 1 enfant sur 100 aux États-Unis sont nés avec des malformations cardiaques. Les effets peuvent être dévastateurs, obligeant l’enfant à compter sur des dispositifs implantés qui doivent être changés au fil du temps.
” Les solutions mécaniques ne grandissent pas avec le patient », dit-il Mark Skylar-Scott, PhD, professeur de bio-ingénierie à l’Université de Stanford. “Cela signifie que le patient aura besoin de plusieurs chirurgies au fur et à mesure de sa croissance.”
Lui et son équipe travaillent sur une solution qui pourrait offrir à ces enfants une meilleure qualité de vie avec moins de chirurgies. Leur idée: Utilisation de » bio-imprimantes 3D” pour fabriquer les tissus, les médecins doivent aider un patient.
“Le rêve est de pouvoir imprimer des tissus cardiaques, tels que des valves cardiaques et des ventricules, qui vivent et peuvent grandir avec le patient”, explique Skylar-Scott, qui a passé les 15 dernières années à travailler sur des technologies de bio-impression pour créer des vaisseaux et des tissus cardiaques.
L’Imprimante 3D pour Votre Corps
L’impression 3D ordinaire fonctionne un peu comme l’imprimante à jet d’encre de votre bureau, mais avec une différence clé: au lieu de pulvériser une seule couche d’encre sur du papier, une imprimante 3D libère des couches de plastiques fondus ou d’autres matériaux un à la fois pour construire quelque chose de bas en haut. Le résultat peut être à peu près n’importe quoi, de pièces d’auto de maisons entières.
La bio-impression tridimensionnelle, ou le processus d’utilisation de cellules vivantes pour créer des structures 3D telles que la peau, les vaisseaux, les organes ou les os, ressemble à quelque chose d’un film de science-fiction, mais en fait existe depuis 1988.
Là où une imprimante 3D peut s’appuyer sur du plastique ou du béton, une bio-imprimante nécessite “des choses comme des cellules, de l’ADN, des microARN et d’autres matières biologiques », explique Ibrahim Ozbolat, PhD, professeur de sciences de l’ingénieur et de mécanique, de génie biomédical et de neurochirurgie à la Penn State University.
“Ces matériaux sont chargés dans des hydrogels afin que les cellules puissent rester viables et se développer”, explique Ozbolat. “Cette « bio-encre » est ensuite superposée et a le temps de mûrir en tissu vivant, ce qui peut prendre 3 à 4 semaines.”
Quelles parties du corps les scientifiques ont-ils pu imprimer jusqu’à présent? La plupart des tissus créés par bio-impression à ce jour sont assez petits – et presque tous sont encore à différentes phases de test.
“Essais cliniques ont commencé pour la reconstruction de l’oreille cartilagineuse, la régénération nerveuse et la régénération de la peau”, explique Ozbolat. “Au cours des 5 à 10 prochaines années, nous pouvons nous attendre à davantage d’essais cliniques sur des types d’organes complexes.”
Qu’est-Ce Qui Retient la Bio-Impression?
Le problème avec la bio-impression 3D est que les organes humains sont épais. Il faut des centaines de millions de cellules pour imprimer un seul millimètre de tissu. Non seulement cela demande beaucoup de ressources, mais cela prend également énormément de temps. Une bio-imprimante qui expulserait des cellules individuelles à la fois nécessiterait plusieurs semaines pour produire ne serait-ce que quelques millimètres de tissu.
Mais Skylar-Scott et son équipe ont récemment réalisé une percée qui pourrait aider à réduire considérablement le temps de fabrication.
Au lieu de travailler avec des cellules uniques, l’équipe de Skylar-Scott a réussi à bioimprimer avec un groupe de cellules souches appelé organoïdes. Lorsque plusieurs organoïdes sont placés près l’un de l’autre, ils se combinent – de la même manière que les grains de riz s’agglutinent. Ces amas s’auto-assemblent ensuite pour créer un réseau de minuscules structures qui ressemblent à des organes miniatures.
“Au lieu d’imprimer des cellules individuelles, nous pouvons imprimer avec des blocs de construction plus gros [les organoïdes]”, explique Skylar-Scott. « Nous pensons que c’est un moyen plus rapide de fabriquer des tissus.”
Alors que les organoïdes accélèrent la production, le prochain défi de cette méthode de bio-impression 3D est d’avoir suffisamment de matériaux.
“Maintenant que nous pouvons fabriquer des choses avec beaucoup de cellules, nous avons besoin de beaucoup de cellules pour nous entraîner”, explique Skylar-Scott. Combien de cellules sont nécessaires? Il dit “un scientifique typique travaille avec 1 à 2 millions de cellules dans une boîte. Pour fabriquer un grand organe épais, il faut 10 à 300 milliards de cellules.”
Comment La Bio-Impression Pourrait Changer La Médecine
L’une des visions de la bio-impression est de créer des tissus cardiaques vivants et des organes entiers destinés aux enfants. Cela pourrait réduire le besoin de transplantation et les chirurgies puisque les tissus vivants se développeraient et fonctionneraient avec le propre corps du patient.
Mais de nombreux problèmes doivent être résolus avant que les tissus corporels clés puissent être imprimés et viables.
“En ce moment, nous pensons petit au lieu d’imprimer un cœur entier”, dit Skylar-Scott. Au lieu de cela, ils se concentrent sur des structures plus petites comme les valves et les ventricules. Et ces structures, dit Skylar-Scott, ont au moins 5 à 10 ans.
Pendant ce temps, Ozbolat envisage un monde où les médecins pourraient bioprinter exactement les structures dont ils ont besoin pendant qu’un patient est sur la table d’opération. “C’est une technique où les chirurgiens pourront faire glisser l’impression directement sur le patient”, explique Ozbolat. Une telle impression de tissu la technologie en est à ses balbutiements, mais son équipe se consacre à l’amener plus loin.