Dans un monde constamment confronté à une pénurie de donneurs, l’impression 3D d’organes pourrait être une bouée de sauvetage

En raison de la pénurie mondiale d’organes et du nombre limité de donneurs d’organes, des milliers de patients se retrouvent sans organes et tissus en cas de blessures graves, de maladies ou de maladies génétiques. Beaucoup de ces patients meurent avant que les greffes ne soient disponibles.

L’ingénierie tissulaire est un domaine émergent qui travaille à la production de tissus artificiels et de substituts d’organes en tant que solutions permanentes pour remplacer ou réparer les dommages.

En tant que chercheurs en génie biomédical, nous développons des structures d’organes temporaires en 3D – appelées échafaudages – qui peuvent aider à régénérer les tissus endommagés et potentiellement conduire à la création d’organes artificiels. Ces tissus peuvent également être utilisés dans diverses applications d’ingénierie tissulaire, y compris la réparation nerveuse dans des structures construites à partir de biomatériaux.

Tissu d’impression

Environ 22,6 millions de patients nécessitent des interventions neurochirurgicales chaque année dans le monde pour traiter les lésions du système nerveux périphérique. Ces dommages sont principalement causés par des événements traumatisants tels que les accidents de la route, la violence, les accidents du travail ou les naissances difficiles. On prévoit que le coût de la réparation et de la régénération nerveuses mondiales atteindra plus de 400 millions de dollars d’ici 2025.

Les techniques chirurgicales actuelles permettent aux chirurgiens de réaligner les extrémités nerveuses et d’encourager la croissance nerveuse. Cependant, l’incidence de la récupération dans le système nerveux lésé n’est pas garantie et le retour de la fonction n’est presque jamais complet.

Des études animales sur des rats ont montré que si une blessure détruit plus de deux centimètres de nerfs, l’écart ne peut pas être comblé correctement et peut entraîner une perte de fonction ou de sensation musculaire. Dans cette condition, il est important d’utiliser un échafaudage pour combler les deux côtés du nerf endommagé, en particulier en cas de lésions nerveuses importantes.

La bio-impression 3D imprime les structures 3D couche par couche, comme les imprimantes 3D. En utilisant cette technique, notre équipe de recherche a créé une structure poreuse composée des cellules neurales du patient et d’un biomatériau pour combler un nerf blessé. Nous avons utilisé de l’alginate – dérivé d’algues – car le corps humain ne le rejette pas.

Bien que cette technique n’ait pas encore été testée chez l’homme, une fois affinée, elle a le potentiel d’aider les patients en attente de tissus et d’organes.

Défis matériels

L’alginate est un matériau difficile à utiliser car il s’effondre facilement lors de l’impression 3D. Notre recherche se concentre sur le développement de nouvelles techniques pour améliorer son imprimabilité.

Pour la réparation nerveuse, l’alginate a des propriétés favorables à la croissance et aux fonctions des cellules vivantes, mais sa faible imprimabilité 3D limite considérablement sa fabrication. Cela signifie que l’alginate s’écoule facilement pendant le processus d’impression et se traduit par une structure effondrée. Nous avons développé une méthode de fabrication où les cellules sont contenues dans une structure d’alginate poreux créée avec une imprimante 3D.

Des recherches antérieures ont utilisé des techniques de moulage pour créer un alginate en vrac sans structure poreuse pour améliorer la régénération nerveuse; les cellules n’aiment pas un environnement aussi solide. Cependant, l’impression 3D d’une structure d’alginate poreux est difficile et souvent impossible.

Notre recherche aborde ce problème en imprimant une structure poreuse en alginate couche par couche plutôt qu’une algiante en vrac moulée. Une telle structure a des pores interconnectés et fournit un environnement favorable aux cellules. Les cellules peuvent facilement communiquer entre elles et démarrer la régénération tandis que l’alginate imprimé en 3D leur fournit un support temporaire.

Les chercheurs s’orientent vers la mise en œuvre de structures imprimées en 3D pour les patients souffrant de lésions nerveuses ainsi que d’autres blessures.

Après l’implantation de la structure d’alginate fabriquée chez un patient, la grande question est de savoir si elle a une stabilité mécanique suffisante pour tolérer les forces appliquées par les tissus dans le corps. Nous avons développé un nouveau modèle numérique pour prédire le comportement mécanique des structures d’alginate.

Nos études permettront de comprendre la réponse cellulaire, qui est le principal facteur à prendre en compte lors de l’évaluation du succès des structures d’alginate.

Saman Naghieh est ingénieur de conception et assistant de recherche à l’Université de la Saskatchewan.

Cet article a été publié pour la première fois sur The Conversation.