Une nouvelle méthode, un pas vers la future impression 3D de tissus humains

Une équipe de bioingénieurs et de scientifiques biomédicaux de l’Université de Sydney et du Children’s Medical Research Institute (CMRI) de Westmead a utilisé l’impression photolithographique 3D pour créer un environnement complexe d’assemblage de tissus qui imite l’architecture d’un organe.

Les équipes étaient dirigées par le professeur Hala Zreiqat et le Dr Peter Newman de l’école de génie biomédical de l’Université de Sydney et le biologiste du développement, le professeur Patrick Tam, qui dirige l’unité de recherche en embryologie du CMRI. Leur article a été publié dans Sciences avancées.

En utilisant des méthodes de bio-ingénierie et de culture cellulaire, la technique a été utilisée pour demander aux cellules souches dérivées de cellules sanguines ou de cellules cutanées de devenir des cellules spécialisées pouvant s’assembler en une structure semblable à un organe.

Semblable à la façon dont l’aiguille d’un tourne-disque navigue dans les rainures du vinyle pour créer de la musique, les cellules utilisent des protéines stratégiquement positionnées et des déclencheurs mécaniques pour naviguer dans leur environnement complexe, reproduisant les processus de développement. Les dernières recherches de l’équipe ont utilisé des signaux mécaniques et chimiques microscopiques pour recréer les activités cellulaires au cours du développement.

Le professeur Hala Zreiqat a déclaré : « Notre nouvelle méthode sert de manuel d’instructions pour les cellules, leur permettant de créer des tissus mieux organisés et ressemblant davantage à leurs homologues naturels. Il s’agit d’une étape importante vers la possibilité d’imprimer en 3D des tissus et des organes fonctionnels. ”

Le Dr Newman a déclaré que la construction de tissus à partir de cellules nécessitait des instructions détaillées, similaires à la construction d’un bâtiment à partir de nombreuses parties différentes : “Imaginez essayer de construire un château en Lego en dispersant au hasard les blocs sur une table et en espérant qu’ils tomberont au bon endroit. . Même si chaque bloc est conçu pour se connecter avec les autres, sans plan clair, vous vous retrouveriez probablement avec quelque chose qui ressemble plus à un gros tas de blocs Lego déconnectés qu’à un château.”

Couverture de Seven News

“La même chose peut être dite à propos de la construction d’organes et de tissus à partir de cellules : sans instructions spécifiques, les cellules se regrouperaient probablement de manière imprévisible dans les structures incorrectes. Ce que nous avons effectivement fait, c’est créer un processus étape par étape qui guide chaque bloc de construction. exactement où il devrait aller et comment il devrait se connecter avec les autres », a déclaré le Dr Newman.

“Conformément à cette approche, nos travaux récemment publiés appliquent une nouvelle méthode d’impression 3D pour définir des instructions pour les cellules qui les guident dans la formation de structures plus organisées et plus précises. Grâce à cela, nous avons créé un assemblage de graisse osseuse qui ressemble à la structure de os et un assemblage de tissus qui ressemblent à des processus au cours du développement précoce des mammifères.”

La recherche sur les structures complexes de tissus et d’organes, connues sous le nom d’organoïdes, aide les chercheurs à comprendre comment les organes se développent et fonctionnent et comment les maladies affectant l’organe peuvent être causées par des mutations génétiques et des erreurs de développement. Les connaissances tirées de l’étude permettent également le développement de thérapies cellulaires et géniques pour les maladies. La capacité à générer les types de cellules souhaités fournit en outre la capacité de produire des cellules souches cliniquement pertinentes à des fins thérapeutiques.

Le professeur Hala Zreiqat a déclaré : « Au-delà de la compréhension du « manuel d’instructions » complexe de la vie, cette méthode a d’immenses implications pratiques. de tissus fonctionnels en laboratoire. Imaginez un avenir où la liste d’attente pour les greffes d’organes pourrait être considérablement réduite parce que nous pouvons générer de tels tissus en laboratoire qui ressemblent suffisamment à leurs homologues naturels.

Le Dr Newman a déclaré : « De plus, cette technologie pourrait révolutionner la façon dont nous étudions et comprenons les maladies. En créant des modèles précis de tissus malades, nous pouvons observer la progression de la maladie et les réponses au traitement dans un environnement contrôlé. des traitements et même des remèdes pour des maladies actuellement difficiles à combattre.”

Le professeur Tam du CMR a déclaré: “Dans le passé, les cellules souches étaient cultivées pour générer de nombreux types de cellules, mais nous ne pouvions pas contrôler la façon dont elles se différencient et s’assemblent en 3D.”

“Grâce à cette technologie de bio-ingénierie, nous pouvons désormais diriger les cellules souches pour former des types de cellules spécifiques et organiser ces cellules correctement dans le temps et dans l’espace, récapitulant ainsi le développement réel de l’organe.”

Les chercheurs espèrent que la recherche aura le potentiel de traiter la perte de vision causée par des conditions telles que la dégénérescence maculaire et les maladies héréditaires entraînant la perte de cellules photoréceptrices rétiniennes.

Le professeur Tam a déclaré: “Si nous pouvons générer un patch de cellules par bio-ingénierie et voir comment l’ensemble du système fonctionne, alors nous pouvons étudier les thérapies qui utilisent des cellules fonctionnelles pour remplacer les cellules de l’œil qui ont été perdues à cause de la maladie.”

“Cela aurait un grand impact si nous pouvions délivrer des cellules saines dans l’œil. Que la macula (la zone de la rétine responsable de la vision centrale) ait été perdue en raison d’une maladie héréditaire ou d’un traumatisme, le traitement serait le même. .”

« L’idée de traiter les maladies génétiques rares et d’améliorer la qualité de vie de cette manière est stimulante. Nous espérons que ce travail conduira à des thérapies avancées qui pourront être mises en pratique.

L’équipe se concentrera ensuite sur l’avancement de la technique pour faire progresser le domaine de la médecine régénérative et potentiellement de nouvelles approches de traitement pour de nombreuses maladies.