Analyse de stage, la bio-impression

LA BIO-IMPRESSION

La compagnie Organovo située à San Diego, Californie, États-Unis, voudrait éventuellement imprimer des organes de remplacement humains en utilisant la technologie d’impression 3D. Ils sont créé une bio-imprimante 3D avec la compagnie australienne Invetech,  qui a été choisie par la revue Time Magazine comme étant l’une des 50 meilleures inventions en 2010.La bio-impression est une technique qui consiste à fabriquer des tissus vivants, par des approches d’impression 3D.

 La bio-imprimante 3D créé utilise deux cartouches (similaires aux cartouches d’encre d’imprimantes à jet d’encre) appelé « bio-encre » ou « BioInk » : l'une contient des cellules souches immergées dans un liquide riche en nutriments (le "milieu cellulaire") et l'autre est uniquement constituée du milieu cellulaire.  Et 2 têtes d’impression, une pour le type de cellules du tissu à concevoir et une pour un hydrogel qui va servir de structure et de support aux cellules.

L’unité d’impression d’une bio-imprimante,  ne sont pas des cellules particulières, mais des sphéroïdes. Ce sont des cellules originaires des biopsies ou des cellules souches patientes, cultivées dans un milieu riche en nutriments, permettant leur développement et leurs multiplications. Lorsque ces cellules sont produites, elles sont rassemblées et façonné en des sphéroïdes dans la cartouche. Elles sont déposées dans une couche hydrogel (un gel à base d’eau inerte) selon un patron de lignes très rapprochées. Cette disposition permet aux cellules de se développer et d’interagir avec les autres cellules pour éventuellement former un tissu de muscle fonctionnel pratiquement identique à un muscle humain.

Le tissu imprimé est laissé dans le milieu de croissance pendant plusieurs semaines pour se développer et mûrir. Et pendant ce temps, l'hydrogel est enlevé.

Les tissus imprimés peuvent alors être employés dans la recherche médicale pour découvrir et examiner de nouvelles drogues et pour étudier la cause des maladies humaines. Les tissus de muscle développés permettent aux chercheurs de compagnies pharmaceutiques de les utiliser pour mettre à l’essai des médicaments sur des tissus humains,  ainsi économiser des milliards de dollars en essais sur des tissus d’animaux.

Les cellules souches pourraient être utilisées pour imprimer de nouveaux tissus, ou comme remplisseur à l’intérieur d’organes existants, qui seraient régénérés

Au début, les chercheurs ont imprimé gouttelettes, mais en fin de compte, ils  ont pu faire des sphéroïdes de cellules dans de formes une variété et de tailles, comme le logo de l’université (ci-dessous).

Après l’examen des résultats de plusieurs expériences, ils ont trouvé que 99 % des cellules étaient encore viables après avoir traversé les vannes de l’imprimante. 24 heures après l'impression, 95 % des cellules étaient encore vivante. Et trois jours plus tard, plus de 89 % des cellules étaient encore en vie.

APPLICATION

Organovo a jusqu’à présent réussi à développer des tissus humains de différents types : des muscles cardiaques, des tissus de poumons, des vaisseaux sanguins par exemple.

Jusqu’à aujourd’hui on a réussi a archivé :

- Organovo créer la bio-imprimante 3D : 2009

- Impression du premier vaisseau sanguin humain: 2010

- Impression d’un  tissu humain : 2012

Il  s’agit d’une véritable révolution médicale.        

VAISSEAUX SANGUINS

Les chercheurs de l’université de Pennsylvanie et du MIT se sont lancé un défi : créer des vaisseaux sanguins à partir de… rien. Tout commence par l’impression 3D d’un réseau de filaments en sucre. Comme ceux qui collent à la spatule d’une caramel maison. Les filaments sont ensuite enrobés d’une substance moléculaire dérivée du maïs et d’un gel à base de tissus cellulaires. Une fois l’enrobage solidifié, la préparation est rincée à l’eau. Le sucre se dissout et l’enrobage de tissus cellulaires se transforme en coquille vide prête à accueillir du sang.

Des vaisseaux sanguins solides pompent davantage de nutriments, ce qui permet de nourrir les cellules aux alentours. Et de garder les tissus cellulaires en bonne santé. L’implantation de vaisseaux sanguins tous neufs, ou de tout un système vasculaire, permettrait de régénérer des organes défaillants.

OREILLE

Pour fabriquer des oreilles toutes neuves, les bio-ingénieurs de l’université de Cornell (États-Unis) ont suivi plusieurs étapes. Ils ont commencé par réaliser un scan 3D d’une oreille d’enfant pour modéliser par informatique un moule de cet organe. Moule qui a ensuite été imprimé 3D.

Mais aussi de collagène collecté… dans des queues de rats ! Après 15 minutes de pause, l’oreille synthétique est démoulée et incubée dans une culture de cellules. Ces dernières vont former un cartilage qui viendra se greffer à l’artifice pour remplacer le collagène.

Des chercheurs de l’université de Princeton (New Jersey, États-Unis) ont réussi à mettre au point une oreille bionique, mêlant cellules vivantes et nanoparticules d’argent, capable d’entendre les fréquences radio, normalement inaudibles. 

Un enfant sur 12 500 naît avec une malformation de l’oreille externe, caractérisée par une perte de l’ouïe. Les greffes de ces oreilles fabriquées à partir de cellules seraient moins rejetées que les implants synthétiques. Pour l’heure, le dispositif détecte uniquement les fréquences radio, inaudibles pour l’Homme. Cette oreille bionique pourrait être disponible[pic 1] chez l’Homme d’ici une dizaine d’années. 

Peaux

Les scientifiques du Wake Forest Institute For Regenerative Medecine ont innové : une bio-imprimante scanne et cartographie la blessure du patient. Une « cartouche » de l’imprimante éjecte une enzyme, une autre projette simultanément un mélange de cellules, de collagène et protéines de plasma sanguin. La réaction de ces éléments permet au sang de coaguler presque instantanément. L’imprimante finit ensuite de déposer une couche de fibroblastes – des cellules qui maintiennent et assouplissent les tissus – et d’autres cellules dermiques. Le tout permet au patient de faire peau neuve !

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