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Des cellules souches pour créer des organes par impression 3D

Le bioprinting, ou l’impression de tissus humains, pourrait prendre un nouveau tournant. Pour la première fois, des scientifiques ont réussi à construire une imprimante 3D capable de déposer des cellules souches embryonnaires humaines sans les détruire ni leur faire perdre leur pluripotence. De quoi susciter les plus gros fantasmes, comme la régénération d’organes entiers.

Les cellules souches embryonnaires (CSE) sont placées dans des puits de dépôt et peuvent s'agréger pour former des sphères. Avec le milieu de culture adapté, il est possible de les pousser à se différencier en n'importe quelle cellule du corps. © Will Shu, Biofabrication Les cellules souches embryonnaires (CSE) sont placées dans des puits de dépôt et peuvent s'agréger pour former des sphères. Avec le milieu de culture adapté, il est possible de les pousser à se différencier en n'importe quelle cellule du corps. © Will Shu, Biofabrication

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Le progrès passe parfois par la combinaison de différentes technologies. L’impression 3D permet depuis quelques années de fabriquer des objets en empilant une à une des couches de résine ou de plastique. Certains biologistes ont alors eu l’idée de remplacer le plastique par des cellules, afin de créer des structures organiques.

De premiers succès ont déjà été obtenus. Par exemple, en novembre dernier, des scientifiques ont utilisé cette méthode pour recréer du cartilage. Le résultat, injecté chez des souris, était parfaitement fonctionnel. D’autres expériences similaires ont été réussies, y compris avec des cellules souches embryonnaires (CSE) de rongeurs.

Ces cellules sont particulières car elles sont pluripotentes, c’est-à-dire qu’elles ont la capacité de se différencier en n’importe quel tissu de l’organisme. On les trouve aussi chez l’Homme et on les a d’ailleurs testées en impression 3D. Cependant, elles sont plus fragiles que celles retrouvées chez la souris et n’ont pas tenu le choc.

Des cellules souches embryonnaires survivent à l’impression 3D

Des scientifiques de l’Heriot-Watt University d'Édimbourg (Écosse) annoncent cependant avoir probablement réussi à outrepasser le problème. Leur système, décrit dans la revue Biofabrication, a épargné la quasi-totalité des cellules souches humaines tout en leur permettant de garder leurs propriétés intrinsèques, celles qui nous intéressent en médecine régénérative.

Voici l'imprimante 3D conçue par les scientifiques. Grâce à son système de valves et d'air comprimé, elle permet aux cellules souches embryonnaires de survivre au jet d'encre. © Will Shu, Biofabrication
Voici l'imprimante 3D conçue par les scientifiques. Grâce à son système de valves et d'air comprimé, elle permet aux cellules souches embryonnaires de survivre au jet d'encre. © Will Shu, Biofabrication

La machine est pilotée par ordinateur. Elle dispose de deux encres biologiques : l’une contient les cellules souches dans un milieu de culture servant à les alimenter, quand l’autre ne contient que ce milieu.

Grâce à un système à air comprimé contrôlé par l’ouverture ou la fermeture d’une microvalve, les quantités déposées sont extrêmement précises. Ainsi, les auteurs peuvent déposer uniquement cinq cellules s’il le faut. Grâce à la superposition des couches, ils ont obtenu des gradients de concentration en CSE. Les cellules se regroupent alors en amas sphériques dont la taille est parfaitement contrôlée.

Des organes artificiels ? C'est encore un peu tôt

Un jour après l’opération, plus de 95 % des CSE étaient encore vivantes, et 89 % des cellules résistaient, encore 48 h plus tard. L’utilisation d’un marqueur a par ailleurs révélé qu’elles n’avaient pas perdu leur pluripotence. La preuve que le concept fonctionne.

Nous sommes tout de même encore loin de la création d’organes complexes par des imprimantes 3D, même si de la peau et du tissu musculaire ont déjà pu être mis au point. Pourquoi ? Un foie, un cœur ou encore un rein demandent un système vasculaire important qu’on ne peut encore fournir, même si certains laboratoires travaillent à l’élaboration de vaisseaux sanguins artificiels.

Cependant, même si ce fantasme n’est pas encore à portée de main, des tissus artificiels fabriqués rapidement et à moindre coût pourraient servir à imiter des organes, afin de tester l’effet de molécules médicamenteuses. L’opportunité de limiter les essais pharmacologiques menés sur les animaux. Pour le moment, les techniques de bioprinting sont encore à leurs prémices mais les avancées laissent supposer qu’un jour les imprimantes 3D biologiques feront partie de l’équipement de base des laboratoires de biologie cellulaire.


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