La " bio-impression " en 3D pourrait aider à soigner les malformations cardiaques chez l'enfant, entre autres.

Par Natalie Sabin

Le 11 juillet 2022 - Aux États-Unis, près d'un enfant sur 100 naît avec une malformation cardiaque. Les effets peuvent être dévastateurs, obligeant l'enfant à dépendre de dispositifs implantés qui doivent être changés au fil du temps.

"Les solutions mécaniques ne grandissent pas avec le patient", explique Mark Skylar-Scott, PhD, professeur de bio-ingénierie à l'université de Stanford. "Cela signifie que le patient devra subir plusieurs interventions chirurgicales 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 d'interventions chirurgicales. Leur idée : Utiliser des "bio-imprimantes" 3D pour fabriquer les tissus dont les médecins ont besoin pour aider un patient.

"Le rêve est de pouvoir imprimer des tissus cardiaques, tels que des valves cardiaques et des ventricules, qui soient vivants et puissent se développer avec le patient", explique Skylar-Scott, qui a passé les 15 dernières années à travailler sur les technologies de bio-impression pour créer des vaisseaux et des tissus cardiaques.

L'imprimante 3D pour votre corps

L'impression 3D ordinaire fonctionne à peu près comme l'imprimante à jet d'encre de votre bureau, mais avec une différence essentielle : Au lieu de pulvériser une seule couche d'encre sur du papier, une imprimante 3D libère des couches de plastique fondu ou d'autres matériaux, une par une, pour construire un objet de bas en haut. Le résultat peut être à peu près n'importe quoi, des pièces automobiles aux maisons entières.

La bio-impression tridimensionnelle, ou le processus consistant à utiliser des cellules vivantes pour créer des structures en 3D telles que de la peau, des vaisseaux, des organes ou des os, semble sortir d'un film de science-fiction, mais existe en fait depuis 1988.

Alors qu'une imprimante 3D peut s'appuyer sur du plastique ou du béton, une bio-imprimante nécessite "des choses comme des cellules, de l'ADN, du microARN et d'autres matières biologiques", explique Ibrahim Ozbolat, 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 Ibrahim Ozbolat. "Cette 'bio-encre' est ensuite stratifiée et on lui laisse le temps de mûrir pour devenir un 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.

"Les essais cliniques ont commencé pour la reconstruction de l'oreille en cartilage, la régénération des nerfs et la régénération de la peau", explique Ozbolat. "Dans les 5 à 10 prochaines années, nous pouvons nous attendre à davantage d'essais cliniques avec des types d'organes complexes."

Qu'est-ce qui freine la bio-impression ?

Le problème de la bio-impression en 3D est que les organes humains sont épais. Il faut des centaines de millions de cellules pour imprimer un seul millimètre de tissu. Cela demande non seulement beaucoup de ressources, mais aussi énormément de temps. Une bio-imprimante produisant des cellules uniques à la fois aurait besoin de 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 contribuer à réduire considérablement le temps de fabrication.

Au lieu de travailler avec des cellules uniques, l'équipe de Skylar-Scott a réussi à réaliser une bioprinture avec un groupe de cellules souches appelé organoïde. Lorsque plusieurs organoïdes sont placés à proximité les uns des autres, ils se combinent, un peu comme les grains de riz s'agglutinent. Ces amas s'assemblent ensuite pour créer un réseau de structures minuscules qui ressemblent à des organes miniatures.

"Au lieu d'imprimer des cellules individuelles, nous pouvons imprimer avec des blocs de construction plus grands [les organoïdes]", explique Skylar-Scott. "Nous pensons que c'est un moyen plus rapide de fabriquer des tissus".

Si les organoïdes accélèrent la production, le prochain défi de cette manière de bio-imprimer en 3D est de disposer de 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 ? Selon lui, "un scientifique typique travaille avec 1 à 2 millions de cellules dans un plat. Pour fabriquer un organe gros et épais, il faut 10 à 300 milliards de cellules."

Comment la bio-impression pourrait changer la médecine

Une vision de la bio-impression est de créer des tissus cardiaques vivants et des organes entiers pour les enfants. Cela pourrait réduire le besoin de transplantations d'organes et d'opérations chirurgicales, puisque les tissus vivants se développeraient et fonctionneraient en même temps que le corps du patient.

Mais de nombreux problèmes doivent être résolus avant que les principaux tissus corporels puissent être imprimés et viables.

"Pour l'instant, nous pensons petit au lieu d'imprimer un cœur entier", explique Skylar-Scott. Ils se concentrent plutôt sur des structures plus petites comme les valves et les ventricules. Et ces structures, précise Mme Skylar-Scott, ne seront pas disponibles avant 5 à 10 ans.

Entre-temps, M. Ozbolat imagine un monde où les médecins pourraient bioimprimer exactement les structures dont ils ont besoin pendant que le patient est sur la table d'opération. "C'est une technique qui permettra aux chirurgiens de faire glisser l'empreinte directement sur le patient", explique M. Ozbolat. Cette technologie d'impression de tissus n'en est qu'à ses débuts, mais l'équipe d'Ozbolat est déterminée à la faire progresser.