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20 personnes meurent chaque jour dans l’attente d’une greffe d’organe aux États-Unis, alors que plus de 30 000 greffes sont maintenant effectuées chaque année, plus de 113 000 patients figurent actuellement sur des listes d’attente pour des organes. En France environ 23 828 patients sont en attentes d’une greffe. Au Québec c’est 4 587 personnes. Par conséquent développer une technique simple est efficace d’imprimer des organes fonctionnels est vitale pour toutes ces personnes.

SWIFT permet de créer des organes en 3D viables

Nombreux sont ceux qui considèrent les organes humains artificiellement développés comme le «Saint Graal» pour résoudre cette pénurie d’organes, et les progrès de l’impression 3D ont suscité un essor considérable dans l’utilisation de cette technique pour construire des tissus vivants sous la forme d’organes humains.
Cependant, à ce jour, tous les tissus humains imprimés en 3D ne possèdent pas la densité cellulaire et les fonctions au niveau des organes requises pour pouvoir être utilisés dans la réparation et le remplacement des organes.
Maintenant, une nouvelle technique appelée SWIFT (sacrificial writing into functional tissue) créée par des chercheurs de l’Institut Wyss de Harvard surmonte ce principal obstacle rencontré par l’impression 3D. Cette technique utilise des blocs constitutifs d’organes (OBBs) dérivés de cellules souches, produisant des tissus viables, spécifiques à un organe, présentant une densité cellulaire et une fonction élevées.

SWIFT se concentre sur l’impression des vaisseaux nécessaires à la construction d’un tissu

«Plutôt que d’essayer d’imprimer un organe entier en 3D avec des cellules, SWIFT se concentre uniquement sur l’impression des vaisseaux nécessaires à la construction d’un tissu vivant contenant de grandes quantités d’OBBs, qui pourraient être utilisés à des fins thérapeutiques pour réparer et remplacer des organes humains par un laboratoire contenant des versions des propres cellules du patient.”, explique Mark Skylar-Scott, Ph.D., et premier coauteur de cette recherche au Wyss Institute.
SWIFT implique un processus en deux étapes qui commence par la formation de centaines de milliers d’agrégats dérivés de cellules souches dans une matrice vivante et dense d’OBBs contenant environ 200 millions de cellules par millilitre. Ensuite, un réseau vasculaire à travers lequel de l’oxygène et d’autres nutriments peuvent être délivrés aux cellules est intégré à la matrice en écrivant et en retirant une encre sacrificielle.
«Former une matrice dense à partir de ces OBBs est non seulement un moyen d’atteindre une densité cellulaire élevée proche de celle des organes humains, mais la viscosité de la matrice permet également l’impression d’un réseau de canaux perfusables pour imiter les vaisseaux sanguins qui soutiennent les organes humains », a déclaré Sébastien Uzel, Ph.D., co-premier auteur, et chercheur associé au Wyss Institute,

Les agrégats cellulaires sont dérivés de cellules souches pluripotentes

Les agrégats cellulaires utilisés dans la méthode SWIFT sont dérivés de cellules souches pluripotentes induites par l’adulte, qui sont mélangées à une solution de matrice extracellulaire (MEC) sur mesure pour former une matrice vivante compactée par centrifugation. À des températures froides (0-4 ° C), la matrice a la consistance de la mayonnaise – ce qui est suffisamment souple pour pouvoir être manipulé sans endommager les cellules, mais suffisamment épaisse pour conserver sa forme – ce qui en fait le support idéal pour l’impression 3D sacrificielle.
Dans cette technique, une fine buse se déplace dans cette matrice en déposant un fil «d’encre» dans la gélatine qui éloigne les cellules du passage sans les endommager. Lorsque la matrice froide est chauffée à 37 ° C, elle durcit pour devenir plus solide (comme une omelette en cours de cuisson), tandis que l’encre à la gélatine fond et peut être éliminée par lavage, laissant derrière elle un réseau de canaux pouvant être perfusé. Les chercheurs ont pu faire varier le diamètre des canaux de 400 micromètres à 1 millimètre et les ont reliés de manière transparente pour former des réseaux vasculaires ramifiés dans les tissus.
Les tissus spécifiques à des organes qui ont été imprimés avec des canaux vasculaires intégrés à l’aide de SWIFT et perfusés de cette manière sont restés viables, tandis que les tissus développés sans ces canaux sont mort au bout de 12 heures. Pour déterminer si ces tissus présentaient des fonctions spécifiques à un organe, l’équipe a imprimé, évacué et perfusé une architecture de canaux dans une matrice composée de cellules dérivées du cœur et de fluides circulant dans les canaux pendant plus d’une semaine.

SWIFT fera progresser le domaine de l’ingénierie des organes

«Notre méthode de bioproduction SWIFT est très efficace pour la création de tissus spécifiques à un organe allant d’agrégats de cellules primaires à des organoïdes dérivés de cellules souches», a déclaré l’auteur correspondante Jennifer Lewis, Sc.D., membre principal du corps professoral au Wyss Institute et à la chaire Hansjörg Wyss d’ingénierie d’inspiration biologique à SEAS. «En intégrant les avancées récentes des chercheurs sur les cellules souches aux méthodes de bioimpression développées par mon laboratoire, nous pensons que SWIFT fera progresser considérablement le domaine de l’ingénierie des organes dans le monde entier.»
«La capacité de supporter des tissus humains vivants avec des canaux vasculaires est un pas énorme vers l’objectif de créer des organes humains fonctionnels en dehors du corps», a déclaré le directeur fondateur du Wyss Institute, Donald Ingber, MD, Ph.D. «Nous continuons d’être impressionnés par les réalisations du laboratoire de Jennifer, y compris cette recherche, qui a le potentiel d’améliorer considérablement la création d’organes et la durée de vie des patients dont les organes sont en panne».
Cette recherche a été publiée dans Science Advances.
Source : Harvard University
Crédit photo : Pixabay

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