Un processus d’impression 3D d’organes à la demande

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Plus de 113 000 personnes figurent actuellement sur la liste nationale des greffes. Et avec une pénurie de donneurs, cela signifie qu’environ 20 personnes mourront chaque jour en attendant un organe, selon le département américain de la santé.

Imprimer à la demande des organes

Mais cela pourrait changer grâce aux chercheurs de l’UC Berkeley, qui ont mis au point un dispositif qui pourrait être essentiel à la viabilité de la bio-impression, une extension de l’impression 3D permettant d’imprimer à la demande des tissus, des os, des vaisseaux sanguins et même des organes entiers. Un article sur ce travail a récemment été publié dans le Journal of Medical Devices.

Actuellement, deux obstacles majeurs empêchent l’impression d’un organe. Les cellules vivantes et les organes fonctionnels nécessitant des conditions chimiques et des températures spéciales pour survivre, les cellules se détériorent lors de l’impression 3D car le processus est trop lent. Et même si l’organe peut être imprimé en 3D, la logistique de son transport nécessite du stockage, ce qui a toujours été un goulot d’étranglement pour les greffes.

Pour minimiser le risque de la mort cellulaire lors de l’impression 3D d’un organe, les chercheurs de Berkeley ont développé une technique utilisant la parallélisation, dans laquelle plusieurs imprimantes produisent simultanément des couches 2D de tissus. Ces couches 2D sont ensuite empilées couche par couche pour former des structures 3D.

Pour surmonter le problème de stockage de ces organes imprimés, l’équipe s’est appuyée sur sept décennies de connaissances et de techniques pour conserver les cellules individuelles. Leur technique gèle chaque couche 2D immédiatement après sa fusion dans la structure 3D. Ce processus de congélation d’une couche de cellules produit des conditions optimales pour survivre au processus de congélation, de stockage et de transport.

Les tissus sont gelés

«À l’heure actuelle, l’impression biologique est principalement utilisée pour créer un petit volume de tissu. Le problème de la bio-impression 3D est qu’il s’agit d’un processus très lent. Vous ne pouvez donc pas imprimer rapidement, car les matériaux biologiques se détérioreront au moment de la finition. Une des innovations de l’équipe est le gèle du matériau au fur et à mesure de son impression, de manière à préserver le matériel biologique et à contrôler le taux de congélation », a déclaré Boris Rubinsky, professeur de génie mécanique et coauteur du document.

Rubinsky a également noté qu’en imprimant d’abord les tissus en 2D, puis en les assemblant dans un objet 3D à un endroit différent, son équipe a considérablement accéléré la production en limitant le temps d’impression. Une fois que la chaîne d’assemblage des bio-imprimantes a créé en parallèle plusieurs couches de tissu 2D, un bras robotique, soulève la couche et la transporte vers un autre poste. À cet endroit, les tissus sont empilés pour créer un objet 3D et sont fusionnés par congélation.

« Chaque couche étant empilée pour former une structure 3D, l’une des innovations que nous avons mises en œuvre consistait à la plonger dans un bain cryogénique afin de la congeler plutôt que de la laisser dans le bassin jusqu’à la prochaine couche », a déclaré Joseph Sahyoun coauteur de cette recherche. « Cette méthode nous a permis de contrôler le taux de gel plus précisément. »

En plus des organes, une autre application potentielle de cette technologie est la nourriture. L’impression et l’assemblage couche par couche permettent aux fabricants d’explorer différentes textures d’aliments. Cela leur permet également de développer des aliments qui répondent aux besoins des personnes malades.

Imprimer des aliments

«La dysphagie est très fréquente dans la population gériatrique. Parce que ces patients ont de la difficulté à avaler, ils reçoivent une nourriture qui est essentiellement de la bouillie. Ils n’ont donc pas d’appétit et le problème s’aggrave », a déclaré Rubinsky. «Mais si vous pouvez créer des aliments avec une texture, cela peut être plus appétissant. Ensuite, au fur et à mesure qu’ils mâchent, la nourriture fond dans leur bouche pour qu’ils puissent l’avaler et obtenir les nutriments. Notre technologie permet de le faire avec n’importe quel type de nourriture. »

Il note également que cette technologie permet le développement de la fabrication d’aliments congelés à l’échelle industrielle, dans laquelle la structure des cristaux de glace dans les aliments est minutieusement contrôlée au niveau de la couche cellulaire du produit. «Cela est important car la taille des cristaux de glace et leur homogénéité sont un élément central de la qualité des aliments surgelés», a déclaré Rubinsky.

Des étudiants optimiseront le processus

En plus de cette recherche, Ukpai a également servi de mentor aux étudiants en maîtrise en génie, qui sont tous cités comme coauteurs du journal. Ukpai et une nouvelle cohorte d’étudiants en génie du Fung Institute qui s’efforceront d’optimiser ce processus, de caractériser les produits et de déterminer les scénarios appropriés offrant le plus d’avantages.

Source : University of California – Berkeley
Crédit photo : Pixabay

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