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Des chercheurs du Texas développent une nouvelle bioencre spécifiquement pour la bio-impression 3D des vaisseaux sanguins

Rédigé par Dvd3d

Une équipe de chercheurs du département de génie biomédical de la Texas A&M University a conçu et bio-imprimé en 3D un modèle très réaliste d’un vaisseau sanguin.

Le modèle est composé d’une nouvelle encre bio-hydrogel spécialement conçue à cet effet et imite de près la fonction vasculaire naturelle d’un vrai vaisseau sanguin, ainsi que sa réponse à la maladie. L’équipe espère que son travail pourra ouvrir la voie au développement avancé de médicaments cardiovasculaires, accélérant l’approbation du traitement tout en éliminant complètement le besoin de tests sur les animaux et les humains.

« Une caractéristique remarquablement unique de cette bioencre nano-ingénierie est que quelle que soit la densité cellulaire, elle démontre une imprimabilité élevée et une capacité à protéger les cellules encapsulées contre les forces de cisaillement élevées dans le processus de bioimpression », a déclaré Akhilesh Gaharwar, professeur agrégé à l’université et co-auteur de l’étude. « Remarquablement, les cellules bio-imprimées en 3D conservent un phénotype sain et restent viables pendant près d’un mois après la fabrication. »

Le modèle de vaisseau sanguin peut être bio-imprimé en 3D à l'aide d'un système basé sur l'extrusion.  Photos via TAMU.
Le modèle de vaisseau sanguin peut être bio-imprimé en 3D à l’aide d’un système basé sur l’extrusion. Photos via TAMU.

Bio-impression 3D et maladies vasculaires

Selon l’équipe de recherche, les maladies des vaisseaux sanguins telles que les anévrismes, les maladies artérielles périphériques et les caillots sanguins représentent environ 31 % des décès dans le monde. Malgré ce chiffre angoissant, les progrès des médicaments cardiovasculaires auraient ralenti au cours des deux dernières décennies.

Cela peut être attribué au défi de transformer les traitements expérimentaux en traitements approuvés, qui découle en grande partie des écarts entre les études in vitro et les études in vivo. Tout simplement, nous avons besoin de plus de modèles de laboratoire qui répondent réellement comme les vaisseaux de notre corps – c’est là que la bio-impression 3D peut nous aider.

Avec la bio-impression, les structures tissulaires peuvent être intégrées à de vraies cellules vivantes et fabriquées couche par couche. Cela permet de concevoir des modèles avec une précision beaucoup plus grande, leur permettant de mieux imiter les structures natives des vaisseaux sanguins. Malheureusement, les matériaux bioink requis pour permettre cela sont largement limités en termes d’imprimabilité et de leur capacité à déposer des densités élevées de cellules vivantes, rendant bon nombre d’entre elles inefficaces en milieu clinique.

Karli Gold '20, ancienne doctorante en génie biomédical, a travaillé avec Akhilesh Gaharwar sur ses modèles bio-imprimés en 3D.  Photo via TAMU.
Karli Gold ’20, ancienne doctorante en génie biomédical, a travaillé avec Akhilesh Gaharwar sur ses modèles bio-imprimés en 3D. Photo via TAMU.

Tester l’impact des maladies et des médicaments

Dans le but de surmonter les limites des bio-encres facilement disponibles, Gaharwar et son équipe ont développé les leurs. Le nouveau matériau est spécialement conçu pour les vaisseaux sanguins multicellulaires anatomiquement précis, offrant une résolution améliorée à la fois pour la macrostructure du vaisseau et la microstructure du tissu.

Gaharwar écrit : « Ici, une nouvelle classe de bioencres chargées de cellules à base d’hydrogel nano-ingénierie est introduite, qui peut être imprimée dans les vaisseaux sanguins 3D pour récapituler à la fois les microenvironnements physiques et chimiques du système vasculaire humain natif. »

La bioencre comprend des cultures de cellules endothéliales ainsi que de cellules musculaires lisses vasculaires : les éléments constitutifs nécessaires pour tester avec précision l’impact de la maladie et les effets des médicaments. Il se caractérise également par son excellente imprimabilité et il a même été démontré qu’il protège les cellules vivantes intégrées des forces du processus d’impression par extrusion. On espère que le modèle de vaisseau sanguin bio-imprimé en 3D pourra un jour être utilisé pour mieux comprendre la physiopathologie des maladies vasculaires et évaluer l’efficacité des traitements et des toxines dans les essais précliniques.

De plus amples détails sur l’étude peuvent être trouvés dans l’article intitulé « Modèles vasculaires multicellulaires bio-imprimés en 3D ». Il est co-écrit par Akhilesh Gaharwar, Abhishek Jain, et al.

Le modèle de vaisseau sanguin bio-imprimé en 3D en action.  Photos via TAMU.
Le modèle de vaisseau sanguin bio-imprimé en 3D en action. Photos via TAMU.

Les vaisseaux sanguins ne sont pas les seuls tissus à être bio-imprimés pour des applications de développement de médicaments. Plus tôt cet été, le fabricant de bio-imprimantes 3D volumétriques Readily3D a utilisé la fabrication additive pour développer un modèle vivant miniature imprimé en 3D du pancréas humain. Conçu pour faciliter les tests de médicaments contre le diabète, le tissu biologique contenant des cellules souches peut être imprimé en seulement 30 secondes.

Ailleurs, la société pharmaceutique sud-coréenne HK inno.N a récemment annoncé son intention d’utiliser une peau artificielle imprimée en 3D pour tester de nouveaux médicaments contre les maladies auto-immunes et cutanées. La chair imprimée en 3D est destinée à être utilisée pour mener des recherches approfondies sur l’efficacité de différents médicaments contre les maladies de la peau. En cas de succès, les tissus pourraient être utilisés pour remplacer les tests sur les animaux, qui sont connus pour être un problème constant dans l’industrie cosmétique.

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L’image présentée montre Karli Gold ’20, un ancien doctorant en génie biomédical qui a travaillé avec Akhilesh Gaharwar sur ses modèles bio-imprimés en 3D. Photo via TAMU.



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