Une bio-imprimante hybride crée des réseaux capillaires de moins de 10 micromètres

Cette innovation, réalisée grâce à un effort de collaboration dirigé par Yanliang Zhang, professeur de matériaux avancés et de fabrication à l'Université de Notre Dame, marque une étape cruciale dans la quête du développement d'organes entièrement fonctionnels cultivés en laboratoire.

Actuellement, plus de 100 000 personnes aux États-Unis attendent une greffe d'organe, avec de nouveaux candidats ajoutés à la liste d'attente toutes les dix minutes. Malgré les greffes réussies, les receveurs font face à des défis à vie, notamment le besoin de médicaments immunosuppresseurs qui augmentent les risques d'infection et la menace constante de rejet d'organes.

Les capillaires, les plus petits et les plus nombreux vaisseaux sanguins, jouent un rôle crucial dans le maintien de la viabilité des tissus conçus. Leur capacité à fournir des substances vitales à chaque cellule les rend indispensables mais notoirement difficiles à reproduire en laboratoire. Les méthodes traditionnelles de bioimpression ont du mal à produire des capillaires de moins de 10 micromètres, qui sont nettement plus minces qu'un cheveu humain. Cette limitation a entravé les progrès vers la création d'organes complexes et pleinement fonctionnels.

Le processus commence par l'extrusion d'un échafaudage souple, en forme de gel, conçu pour imiter les propriétés mécaniques du tissu natif. Une fois cette structure de base formée, de minces brins de gélatine sont introduits en utilisant l'impression par jet d'aérosol (AJP). Ces brins servent de supports temporaires qui sont ensuite retirés, laissant derrière eux des canaux creux qui simulent la structure interne des capillaires.

En manipulant le flux d'encre et de gaz environnants, les chercheurs peuvent ajuster dynamiquement les dimensions des canaux imprimés, atteignant des résolutions allant de centaines de micromètres à quelques micromètres. Ce niveau de contrôle permet la production de structures vasculaires qui ressemblent étroitement à celles trouvées dans les systèmes biologiques naturels. Pour améliorer encore l'efficacité et la précision, l'équipe a incorporé un cadre d'apprentissage automatique dans le processus d'impression. Ce système identifie et optimise automatiquement la combinaison idéale de paramètres d'impression, tels que les débits d'encre et les vitesses des gaz de gaine, pour chaque taille de canal cible.

Cette intégration réduit considérablement la phase d'essais et d'erreurs généralement associée à la bio-impression, permettant des résultats plus rapides et plus cohérents. Les réseaux vasculaires résultants, composés de configurations unidimensionnelles, bidimensionnelles et tridimensionnelles, ont été alignés avec succès avec des cellules vivantes, démontrant leur potentiel d'intégration dans des structures tissulaires plus grandes. Le succès de cette méthode représente un bond en avant majeur dans le domaine de la médecine régénérative, rapprochant les scientifiques de l'objectif de créer des organes viables et transplantables en laboratoire.

Avec la poursuite de la recherche, l'accent sera probablement mis sur l'élargissement de la technologie et l'essai de son efficacité sur des modèles de tissus plus complexes. Avec un raffinement continu, cette technique de bioimpression hybride pourrait révolutionner la transplantation d'organes en offrant une alternative durable aux procédures basées sur les donneurs.