Des chercheurs font une percée dans l’impression 3D fonctionnelle de tissus humains

Jun 18, 2023

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Une équipe de scientifiques de l'Université de Sydney et du Children's Medical Research Institute (CMRI) de Westmead ont exploité l'impression photolithographique 3D pour fabriquer des tissus humains fonctionnels qui imitent avec précision l'architecture d'un organe.

Les chercheurs ont utilisé des techniques de bio-ingénierie et de culture cellulaire pour demander aux cellules souches dérivées de cellules sanguines et de cellules cutanées de se spécialiser. Ces cellules spécialisées peuvent alors former des structures semblables à des organes.

Ce projet a été dirigé par le professeur Hala Zreiqat et le Dr Peter Newman du génie biomédical de l'Université de Sydney, ainsi que par le professeur Patrick Tam, qui dirige l'unité de recherche enembryologie du CMRI. Le document de recherche de l'équipe, intitulé « Programmation de structuration multicellulaire avec des niches cellulaires mécano-chimiquement microstructurées », a été publié dans Advanced Science.

En regardant vers l’avenir, l’équipe de recherche va désormais se concentrer sur le développement de sa technique pour faire progresser le domaine de la médecine régénérative et rechercher de nouveaux traitements pour une gamme de maladies.

« Notre nouvelle méthode sert de manuel d’instructions aux cellules, leur permettant de créer des tissus mieux organisés et plus proches de leurs homologues naturels. Il s’agit d’une étape importante vers la possibilité d’imprimer en 3D des tissus et des organes fonctionnels », a commenté le professeur Hala Zreiqat.

Un « manuel d’instructions pour les cellules »

Les cellules nécessitent des instructions détaillées sous la forme de protéines stratégiquement positionnées et de déclencheurs mécaniques pour construire des tissus. Selon le Dr Newman, sans ces instructions spécifiques, les cellules risquent de se regrouper de manière imprévisible et imprécise.

Grâce à cette recherche, les scientifiques ont exploité une nouvelle technique d’impression photolithographique 3D pour générer des signaux mécaniques et chimiques microscopiques qui guident les cellules vers des structures semblables à des organes précises et organisées.

Cette technique a été utilisée pour créer avec succès un assemblage os-graisse qui ressemble à la structure osseuse. Un assemblage de tissus qui ressemblent à des processus au cours du développement précoce des mammifères a également été fabriqué à l'aide de cette méthode.

"Dans le passé, les cellules souches étaient cultivées pour générer de nombreux types de cellules, mais nous ne pouvions pas contrôler la manière dont elles se différenciaient et s'assemblaient en 3D", a commenté le professeur Tam. "Grâce à cette technologie de bio-ingénierie, nous pouvons désormais diriger les cellules souches pour qu'elles forment des types de cellules spécifiques et organiser correctement ces cellules dans le temps et dans l'espace, récapitulant ainsi le développement réel de l'organe."

Applications médicales potentielles

On espère que cette recherche contribuera à faire progresser la compréhension de la manière dont les organes se développent et fonctionnent, ainsi que de la manière dont les mutations génétiques et les erreurs de développement influencent les maladies des organes.

De plus, cette étude offrirait un potentiel pour le développement de la thérapie cellulaire et génique. En effet, la capacité à produire les types de cellules souhaités pourrait faciliter la production de cellules souches cliniquement pertinentes à des fins thérapeutiques.

« Cette méthode a d’immenses implications pratiques. Par exemple, en médecine régénérative, où il existe un besoin pressant de transplantations d’organes, des recherches plus approfondies utilisant cette approche pourraient faciliter la croissance de tissus fonctionnels en laboratoire », a expliqué le professeur Hala Zreiqat.

Le Dr Peter Newman a ajouté que « 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.

Les chercheurs espèrent particulièrement que leurs résultats pourront aider à traiter la perte de vision causée par la dégénérescence maculaire et les maladies héréditaires, entraînant la perte de cellules photoréceptrices rétiniennes.

"Si nous pouvons générer un fragment de cellules par bio-ingénierie et voir comment fonctionne l'ensemble du système, nous pourrons alors étudier des thérapies qui utilisent des cellules fonctionnelles pour remplacer les cellules de l'œil perdues à cause de la maladie", a déclaré le professeur Tam.