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Réparer les blessures traumatiques de la peau et des os du visage et du crâne est difficile en raison des nombreuses couches de différents types de tissus impliqués, mais maintenant, des chercheurs ont réparé de tels défauts dans un modèle de rat en utilisant la bio-impression pendant la chirurgie, et leur travail pourrait conduire à des méthodes plus rapides et meilleures de guérison de la peau et des os.

La bio-impression pendant une chirurgie

« Ce travail est cliniquement significatif », a déclaré Ibrahim T. Ozbolat, professeur associé. « Il est difficile de traiter les défauts composites, en réparant à la fois les tissus durs et mous. Et pour la zone cranio-faciale, les résultats doivent être esthétiquement agréables. » Actuellement, pour réparer une blessure dans un crâne impliquant à la fois de l’os et des tissus mous, il faut utiliser l’os d’une autre partie du corps du patient ou d’un cadavre. L’os doit être recouvert de tissu mou avec une circulation sanguine, sinon l’os meurt. Les chirurgiens doivent ensuite réparer les tissus mous et la peau.
Ozbolat et son équipe ont utilisé la bio-impression par extrusion et la bio-impression en gouttelettes de mélanges de cellules et de matériaux porteurs pour imprimer à la fois des os et des tissus mous.
Les chercheurs se sont d’abord attaqués au problème du remplacement osseux, en commençant par le laboratoire, puis en passant à un modèle animal. Ils avaient besoin d’un produit imprimable et non toxique, capable de réparer un trou de 5 millimètres dans le crâne. L’encre pour tissus durs est composée de collagène, de chitosane, de nano-hydroxyapatite et d’autres composés, ainsi que de cellules souches mésenchymateuses – des cellules multipotentes présentes dans la moelle osseuse qui créent l’os, le cartilage et la graisse de la moelle osseuse.

Deux sortes d’encres

L’encre pour les tissus durs s’extrude à température ambiante mais se réchauffe à la température du corps lorsqu’elle est appliquée. Cela crée une réticulation physique du collagène et d’autres parties de l’encre sans aucune modification chimique ou la nécessité d’un additif de réticulation.
Les chercheurs ont utilisé l’impression de gouttelettes pour créer le tissu mou avec des couches plus fines que l’os. Ils ont utilisé du collagène et du fibrinogène en couches alternées avec des composés réticulants et favorisant la croissance. Chaque couche de la peau, y compris l’épiderme et le derme, est différente, de sorte que les couches de tissus mous bio-imprimées ont une composition différente.
Les expériences de réparation de trous de 6 mm dans une peau se sont avérées concluantes. Une fois que l’équipe a compris comment bio-imprimer la peau et l’os séparément, puis elle est passée à la réparation de ces deux couches au cours de la même procédure chirurgicale. « Cette approche a été un processus extrêmement difficile et nous avons passé beaucoup de temps à trouver le bon matériau pour l’os et la peau ainsi que les bonnes techniques de bio-impression », a déclaré M. Ozbolat.

Une couche barrière

Après une imagerie minutieuse visant à déterminer la géométrie du défaut, les chercheurs ont déposé la couche d’os. Ils ont ensuite déposé une couche barrière imitant le périoste, une couche de tissu fortement vascularisé qui entoure l’os du crâne.
« Nous avions besoin de cette barrière pour garantir que les cellules des couches de la peau ne migrent pas vers la zone osseuse et ne commencent à s’y développer », a expliqué M. Ozbolat.Après avoir posé cette barrière, les chercheurs ont imprimé les couches de derme, puis d’épiderme. « Il a fallu moins de cinq minutes à l’appareil de bio-impression pour déposer la couche osseuse et les tissus mous », a déclaré M. Ozbolat.

De très bons résultats

Les chercheurs ont réalisé plus de 50 opérations de défauts et ont obtenu une opération à 100 % des tissus mous en quatre semaines. Le taux d’opération de l’os était de 80 % en six semaines, mais M. Ozbolat a fait remarquer que même avec un remplacement d’os prélevé, la fixation de l’os n’atteint généralement pas 100 % en six semaines. Selon Ozbolat, le flux sanguin vers l’os est particulièrement important et l’inclusion de composés vascularisants est une prochaine étape.
Les chercheurs souhaitent également transposer cette recherche à des applications humaines et continuent à travailler avec des neurochirurgiens, des chirurgiens craniomaxillofaciaux et des chirurgiens plasticiens du Penn State Hershey Medical Center. Ils veulent aussi utiliser un dispositif de bio-impression plus grand sur des animaux de plus grande taille.
Cette recherche a été publiée dans Advanced Functional Materials.
Source : Penn State
Crédit photo : Pexels

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