Une nouvelle technique révolutionnaire pour l’impression 3D de tissus biologiques

L’impression 3D de tissus biologiques, ou bioprinting, est une technique prometteuse pour créer des modèles in vitro de tissus et d’organes humains, ainsi que des greffes régénératives. Cependant, le bioprinting présente des défis majeurs pour reproduire fidèlement les structures complexes et les motifs cellulaires des tissus natifs à la fois à l’échelle micro- et macroscopique.

Une équipe internationale de chercheurs a introduit une technique novatrice appelée Embedded Extrusion-Volumetric Printing (EmVP), qui combine l’impression par extrusion et l’impression volumétrique sans couche, permettant l’arrangement spatial de plusieurs encres ou types cellulaires. Cette méthode innovante a le potentiel de révolutionner le bioprinting et ses applications dans la recherche médicale et d’autres industries.

Qu’est-ce que l’EmVP ?

L’EmVP est une technique d’impression 3D qui consiste à imprimer directement des structures complexes à l’intérieur d’un réservoir rempli d’une matrice de support. La matrice de support fournit un environnement stable et poreux pour le dépôt et la polymérisation des hydrogels biologiques contenant des cellules. Grâce à la présence de la matrice de support, des hydrogels mécaniquement faibles comme le collagène peuvent être imprimés de manière stable pour maintenir les motifs prédéfinis.

Voici une vidéo parlant de cette technique :

L’EmVP permet également d’utiliser des suspensions/agrégats cellulaires ou des sphéroïdes tissulaires sans hydrogels comme bioencres pour générer des structures tissulaires avec des distributions cellulaires contrôlées spatialement, qui peuvent ensuite s’auto-assembler en tissus intégrés.

Quelles sont les applications de l’EmVP ?

L’EmVP a été appliquée avec succès pour créer des modèles biologiques complexes inspirés de la biologie synthétique, tels que des modèles de communication intercellulaire et des réseaux vasculaires perfusables. Ces modèles offrent de nouvelles possibilités pour produire des greffes régénératives, développer des systèmes vivants ingénierés et faire avancer les modèles de maladies (métaboliques).

L’EmVP a également été utilisée pour développer un modèle in vitro d’un réseau neuronal pour étudier la maladie de Parkinson, une condition qui affecte un nombre croissant de personnes dans le monde et qui provoque le dysfonctionnement des cellules du système nerveux central, entraînant des tremblements, une rigidité, des problèmes d’équilibre et une raideur. Le modèle neuronal imprimé en 3D fournit une représentation plus précise du tissu affecté et offre de nouvelles opportunités pour le test de médicaments et les applications de médecine personnalisée.

Quels sont les avantages de l’EmVP ?

L’EmVP présente plusieurs avantages par rapport aux autres techniques de bioprinting. Tout d’abord, elle permet d’imprimer des structures tissulaires avec une haute résolution et une complexité volumétrique élevée, ce qui est difficile à réaliser avec les techniques conventionnelles basées sur les couches. Deuxièmement, elle permet d’imprimer plusieurs types cellulaires avec une précision spatiale élevée, ce qui est essentiel pour reproduire les interactions cellulaires et les fonctions physiologiques.

Troisièmement, elle permet d’utiliser des matériaux biologiques naturels comme bioencres, ce qui améliore la viabilité cellulaire et la différenciation des cellules souches/progénitrices. Quatrièmement, elle permet d’imprimer des structures tissulaires sans utiliser de supports mécaniques ou chimiques, ce qui réduit les risques de contamination et de toxicité.

Quels sont les défis de l’EmVP ?

L’EmVP est une technique émergente qui nécessite encore des améliorations et des optimisations. Certains des défis actuels sont les suivants : le choix et la préparation des matériaux appropriés pour la matrice de support et les bioencres, la caractérisation et la validation des propriétés mécaniques, biologiques et fonctionnelles des structures tissulaires imprimées, l’évaluation de la biocompatibilité et de la biodégradabilité des matériaux utilisés, l’intégration et la vascularisation des structures tissulaires imprimées in vivo, et l’augmentation de l’échelle et de la vitesse d’impression pour des applications cliniques.