Voici la première cornée imprimée en 4D

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Des scientifiques ont mis au point un système biologique qui permet aux cellules de prendre la forme souhaitée en moulant le matériau qui les entoure, créant ainsi la première cornée entièrement modelable ou automatique.

Une cornée en 4D entièrement modelable

La cornée est la couche externe claire à l’avant du globe oculaire. Dans le cadre de cette recherche, un cercle plat de gel contenant des cellules stromales cornéennes (cellules souches) a été activé avec un sérum afin que les bords du gel se contractent à une vitesse différente de celle du centre pour former une cornée courbée en forme de bol. Cette vidéo montre cet étonnant processus.

Une pénurie de dons de cornées 

Cette recherche est publiée dans Advanced Functional Materials et a été dirigée par le professeur Che Connon, professeur d’ingénierie tissulaire à l’Université de Newcastle. «Il existe actuellement une pénurie de dons de cornées qui s’est aggravée au cours des dernières années, car elles ne peuvent pas être utilisées par des personnes ayant subi une chirurgie au laser. Nous devons donc explorer d’autres solutions telles que ces cornées à courbure automatique.

« Les cellules sont déclenchées pour former une structure 3D complexe, mais comme cela nécessite du temps, la quatrième dimension de cette équation, nous les avons appelées structures 4D. » La formation 4D est réalisée par l’utilisation innovante de cellules en tant qu’actionneurs biologiques, des composants qui font bouger les pièces; dans ce cas, les cellules elles-mêmes forcent le tissu environnant à se déplacer d’une manière prédéterminée dans le temps.

Ceci est un exemple de la relation entre une forme et une fonction, puisque cette recherche a également montré que les propriétés biomécaniques et biofonctionnelles de ces structures 4D reproduisaient celles du tissu natif. Le gel, comprenant du collagène et des cellules cornéennes encapsulées, qui ont été disposés en deux cercles concentriques.

Une structure en forme de bol

La formation de la structure incurvée en forme de cuvette a été obtenue en ajoutant des molécules appelées peptides amphiphiles à l’un ou l’autre de ces cercles. Dans un cycle, les cellules actives tiraient la structure interne du gel (forte contraction), dans l’autre, elles tiraient ces molécules peptidiques amphiphiles (faible contraction). Cette différence de contraction entre les deux anneaux concentriques a provoqué la courbure du gel.

Cela est dû au fait que les cellules ont préféré se lier aux molécules amphiphiles du peptide plutôt qu’à la structure interne des gels. Le professeur Connon a ajouté: «étant donné que tout le processus était orchestré par les cellules elles-mêmes, nous pouvons les envisager comme des bio-machines remodelant ces structures de l’intérieur. Voici une vidéo montrant une imprimante créant une cornée en 3D et l’ensemble du processus.

La forme peut être contrôlée par des actionneurs cellulaires

«Cette technologie et cette compréhension que nous avons développée recèlent un potentiel énorme car ces cornées montrent que la forme des tissus peut être contrôlée par des actionneurs cellulaires. Cela peut nous amener à imaginer un avenir où une telle approche pourrait être combinée avec une intervention chirurgicale permettant au chirurgien d’implanter un tissu selon une forme qui deviendra ensuite une forme plus complexe et fonctionnelle dans le corps, dictée par le comportement des cellules. »

Le Dr Martina Miotto, auteur principal du document, a expliqué: «C’est un exemple novateur de la relation stricte entre forme et fonction, car ces recherches ont également montré que les propriétés biomécaniques et biofonctionnelles de ces structures 4D reproduisaient celles du tissu natif avec des cellules souches épithéliales limbiques cornéennes, indifférenciées situées dans le limbe plus souple et l’épithélium différencié couvrant le centre plus rigide de la cornée antérieure. »

Perfectionner cette technique 

L’équipe a l’intention de faire avancer ces travaux au cours des prochaines années en vue de perfectionner la technique en tant que méthode potentielle de fabrication de cornées pour la transplantation humaine.

Source : Newcastle University
Crédit photo : Pixabay

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