Un échafaudage imprimé en 3D conçu pour cultiver des tissus complexes
At a Glance
- Une nouvelle technique de gravure d’échafaudages imprimés en 3D pour la réparation des tissus permettrait à de nombreux types de cellules de se développer sur un seul implant.
- La technologie pourrait être utilisée pour stimuler la réparation de tissus complexes comme les os et les cartilages, qui sont constitués de différents types de cellules.
Un colorant fluorescent révèle l' »encre » retenue à l’intérieur d’une rainure gravée dans le virage incurvé d’une fibre d’échafaudage. Diaz-Gomez et al, Bioprinting Les progrès des techniques d’impression 3D ont fait naître l’espoir d’améliorations en médecine régénérative. Ce domaine de recherche vise à utiliser des cellules souches et d’autres technologies – comme les biomatériaux d’ingénierie – pour réparer ou remplacer des cellules, des tissus ou des organes endommagés.
De nombreux travaux en médecine régénérative se sont concentrés sur l’idée de créer des échafaudages. Les échafaudages sont des structures de matériaux artificiels ou naturels sur lesquels de nouveaux tissus peuvent être cultivés pour remplacer les tissus endommagés. Ces échafaudages pourraient être préparés à l’extérieur du corps, par exemple pour commencer à faire pousser un morceau d’os en laboratoire, qui pourrait ensuite être implanté chirurgicalement. Ils pourraient également être utilisés pour favoriser directement la réparation à l’intérieur du corps.
La recherche dans ce domaine s’est heurtée à plusieurs obstacles technologiques. Il s’est avéré difficile de distribuer les cellules de manière prévisible sur de nombreux échafaudages imprimés en 3D. La distribution régulière et contrôlée des cellules est nécessaire à la croissance de tissus complexes comme les os et les cartilages, qui sont composés de nombreux types de cellules différents.
La création des « bioinks » utilisés pour imprimer les cellules sur les échafaudages s’est également avérée difficile. Ils ont été développés pour être épais et visqueux afin d’empêcher la bioink de s’écouler des échafaudages. Mais cette viscosité peut endommager les cellules pendant le processus d’impression.
Des chercheurs dirigés par le Dr Antonios Mikos de l’Université Rice ont testé des moyens d’améliorer les échafaudages 3D et la bio-encre pour l’impression de biomatériaux. Dans leur nouvelle étude, ils ont testé si la gravure de rainures sur des fibres d’échafaudage imprimées pouvait aider à maintenir les cellules en place et permettre d’utiliser une bio-encre moins visqueuse. Les travaux ont été financés en partie par le National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB) du NIH. Les résultats seront publiés dans le numéro de juin 2020 de Bioprinting.
Image CT d’un échafaudage imprimé en 3D avec des rainures. Rice Biomaterials Lab Les chercheurs ont créé des fibres à l’aide d’une tête d’impression puis, lorsque les fibres ont refroidi, ont utilisé une tête de gravure qui a pu créer des rainures et des canaux de différentes hauteurs pour différents objectifs. La structure générale des fibres imprimées n’a pas été endommagée par la gravure, et lorsque les fibres ont été superposées à des angles de 90°, les échafaudages résultants ont conservé leur résistance à la compression.
Lorsque les rainures ont ensuite été remplies avec des bioinks à faible viscosité, elles ont tenu en place sans débordement ni étalement.
L’équipe a ensuite testé la survie des cellules qui fabriquent la structure, appelées fibroblastes, lorsqu’elles ont été imprimées sur les échafaudages gravés à l’aide d’une encre à faible viscosité. 24 heures après l’impression, un grand nombre de cellules restaient vivantes dans les rainures.
« Cette nouvelle technologie nous permet d’imprimer des échafaudages multicouches ensemencés avec différents types de cellules dans chaque couche », explique Mikos. « L’objectif est de faire pousser des tissus qui imitent mieux la structure d’origine afin de créer une réparation plus fonctionnelle et plus durable. »
La technique pourrait également permettre d’imprimer des molécules fragiles, comme des facteurs de croissance, sur les échafaudages. Les chercheurs explorent maintenant les moyens de mieux contrôler la création de rainures de différentes tailles, dans le but d’utiliser cette technologie dans des échafaudages faits de matériaux très fins ou pour réaliser des rainures plus profondes si nécessaire.