Bio-impression volumétrique combinée à l’électro-écriture par fusion pour créer des vaisseaux sanguins fonctionnels

Dans ce projet, la bio-impression volumétrique a été pour la première fois combinée avec succès à l’électro-écriture par fusion. Cela combine la vitesse et la convivialité cellulaire de l’impression volumétrique avec la résistance structurelle nécessaire pour créer des vaisseaux sanguins fonctionnels. L’étude du laboratoire de biofabrication du Centre de médecine régénérative d’Utrecht (RMCU) a été publiée aujourd’hui dans Advanced Materials.

L’impression volumétrique est une technique qui a été mise au point pour la bioimpression par le laboratoire de biofabrication du RMCU en 2019. Il s’agit d’une technique rapide qui permet aux cellules de survivre au processus d’impression. Cependant, comme ce type d’impression est effectué dans des gels respectueux des cellules, les impressions résultantes ne sont pas structurellement très solides. C’est un problème pour les vaisseaux sanguins, qui doivent pouvoir résister à des pressions élevées et à des flexions. Pour cette raison, une fusion de la bio-impression volumétrique et de l’électro-écriture par fusion a été poursuivie.

L’électro-écriture par fusion est un type d’impression 3D très précis qui fonctionne en dirigeant un filament étroit de plastique fondu (biodégradable). Il est capable de produire des échafaudages complexes qui sont mécaniquement solides et capables de faire face à la force. L’inconvénient ici est qu’ils ne peuvent pas être imprimés directement avec des cellules, en raison des températures élevées impliquées. Par conséquent, la bioimpression volumétrique a été utilisée ici pour solidifier les gels chargés de cellules sur les échafaudages.

Comment fusionner l’électro-écriture avec l’impression volumétrique

Le processus commence par la création d’un échafaudage tubulaire utilisant l’électro-écriture par fusion. Celui-ci est ensuite immergé dans un flacon de gel photoactif et placé dans la bioimprimante volumétrique. En principe, le laser de l’imprimante peut solidifier sélectivement le gel qui se trouve dans, sur et/ou autour de l’échafaudage.

Afin de bien faire les choses, nous avons dû placer l’échafaudage exactement au centre du flacon. Tout écart par rapport au centre signifierait que l’impression volumétrique serait décalée. Mais nous avons réussi à le centrer parfaitement en imprimant l’échafaudage sur un mandrin que nous avons adapté au flacon.”

Gabriel Größbacher, premier auteur

Dans cette étude, Größbacher et ses collègues ont testé différentes épaisseurs de l’échafaudage, ce qui a donné des tubes plus ou moins résistants. Enfin, ils ont également testé divers emplacements des gels bio-imprimés. Ceux-ci peuvent être placés soit sur le côté intérieur de l’échafaudage, soit à l’intérieur de l’échafaudage lui-même, soit à l’extérieur de celui-ci. En utilisant deux cellules souches étiquetées différemment, l’équipe a pu imprimer une preuve de principe d’un vaisseau sanguin avec deux couches de cellules souches et ensemencer des cellules épithéliales au centre pour couvrir la lumière du vaisseau.

Des tubes aux vaisseaux fonctionnels

La conception pourrait également permettre des trous sur le côté de l’impression, donnant la possibilité d’une perméabilité contrôlée du vaisseau pour que le sang remplisse sa fonction. Enfin, les chercheurs ont également créé des structures plus complexes comme des vaisseaux fourchus, et même des vaisseaux avec des valves veineuses fonctionnelles pour maintenir un flux unidirectionnel.

Größbacher : “Il s’agissait d’une étude de preuve de principe. Ce que nous devons maintenant faire, c’est remplacer les cellules souches par des cellules fonctionnelles qui font partie d’un véritable vaisseau sanguin. Cela signifie ajouter des cellules musculaires et du tissu fibreux autour des cellules épithéliales. Notre objectif maintenant est d’imprimer un vaisseau sanguin fonctionnel.”