Renforcement du genou : bioprinting 3D avec les cellules cartilagineuses du corps humain
Bioinks sur la base des polymères
Les activités sportives favorisent notre santé mais peuvent entraîner des lésions de l'appareil locomoteur si elles ne sont pas pratiquées correctement. Ces blessures affectent souvent le cartilage des articulations. Les défauts du cartilage non traités peuvent conduire à l'arthrose à un âge avancé, pour laquelle il n'existe actuellement aucun traitement efficace. Des implants personnalisés de cellules cartilagineuses fabriqués par impression 3D devraient permettre d'y remédier à l'avenir. Des encres d'impression spéciales contenant des cellules cartilagineuses du corps humain sont en cours de développement à cette fin. Le projet quadriennal de l'Institut Fraunhofer pour la recherche appliquée sur les polymères IAP et de l'Université technologique de Brandebourg Cottbus-Senftenberg BTU a débuté en janvier 2024 et est financé par le ministère fédéral de l'éducation et de la recherche (BMBF) à hauteur d'environ 2 millions d'euros.
Des implants personnalisés de cellules cartilagineuses provenant de l'imprimante 3D devraient remplacer les cartilages défectueux à l'avenir. L'encre de l'imprimante utilisée contient les propres cellules cartilagineuses du corps.
© Fraunhofer IAP / Jadwiga Galties
Les lésions du cartilage du genou ou d'autres articulations ont une faible capacité d'auto-guérison, car le cartilage n'a pas de vaisseaux sanguins. Une méthode éprouvée pour traiter ces défauts est la transplantation de cellules cartilagineuses propres à l'organisme. Il s'agit de prélever des cellules de cartilage saines dans une zone moins sollicitée de l'articulation touchée, de les multiplier en laboratoire, puis de les transplanter dans la zone de cartilage endommagée. Bien que cette technique permette de soulager la douleur, d'améliorer la fonction articulaire et de ralentir la progression des lésions cartilagineuses, elle ne peut pas être utilisée dans tous les cas. Des solutions de remplacement sont recherchées pour les défauts cartilagineux plus importants en particulier.
La bio-impression 3D, également connue sous le nom de bioprinting, offre un potentiel énorme à cet égard. Cette technologie de fabrication permet de produire des tissus biologiques en trois dimensions. À l'instar des procédés de fabrication additive classiques, la bio-impression 3D consiste à assembler des couches de matériaux pour former une structure spécifique. Cependant, les biomatériaux sont utilisés comme encres d'impression, dans lesquelles des cellules vivantes peuvent même être incorporées.
Des bio-encres pour la bio-impression 3D
"Dans le cadre du projet BioPol-3D, nous développons des encres pour la bio-impression 3D qui contiennent déjà les cellules cartilagineuses du patient. Les cellules sont intégrées dans un hydrogel. Ces bioinks peuvent être réticulés ou stabilisés pendant ou après l'impression pour créer la forme et la structure souhaitées", explique le professeur Ruben R. Rosencrantz, chef de la division de recherche "Life Science and Bioprocesses" au Fraunhofer IAP et titulaire de la chaire "Biofunctional Polymer Materials" à BTU.
Les chercheurs utilisent notamment des glycopolymères comme matrice d'hydrogel. Ceux-ci sont spécialement synthétisés et conviennent parfaitement pour reproduire l'environnement naturel des cellules cartilagineuses dans le corps. Cependant, les glycopolymères n'ont pas encore été utilisés comme matériau de construction. Dans le cadre du projet, l'équipe étudie dans quelle mesure les glycopolymères sont adaptés à la bio-impression 3D en termes de propriétés matérielles et de traitement, et les optimise à cette fin. "Pour le développement de ces glycopolymères, nous combinons de manière unique notre expertise chimique et biotechnologique au Fraunhofer IAP. Cette combinaison joue un rôle décisif pour BioPol-3D, car l'optimisation des matériaux doit être très précisément adaptée aux processus biologiques. Le cartilage est un élément essentiel du processus biologique", explique M. Rosencrantz.
"Notre approche de l'impression des cellules cartilagineuses va au-delà des méthodes conventionnelles, car nous moulons directement le composant biologique - les cellules cartilagineuses. En d'autres termes, nous n'imprimons pas d'abord un échafaudage sur lequel les cellules sont ensuite placées", ajoute Ursula Anderer, professeur à BTU et titulaire de la chaire "Biologie cellulaire et ingénierie tissulaire".
"Nous devons tenir compte d'un certain nombre de paramètres pour développer des encres imprimables : les cellules sensibles du cartilage doivent rester vitales, les encres doivent être biocompatibles et biodégradables de manière contrôlée et, enfin, la forme souhaitée du cartilage doit présenter un degré élevé de stabilité et de résistance. Notre objectif est d'établir une culture cellulaire 3D avancée pour le traitement des lésions du cartilage et, dans le même temps, de révolutionner la production de ces corps moulés grâce à la fabrication additive", explique M. Anderer.
La bio-impression 3D renforce le pouvoir d'innovation de Lusatia
La bio-impression 3D est un marché en plein essor qui attire de nombreuses petites et moyennes entreprises et start-ups - un développement qui profitera également à Lusatia. "La collaboration intensive avec le BTU et le groupe de projet "Biologisation/Biofonctionnalisation des polymères BioPol" du Fraunhofer IAP offre un grand potentiel pour le développement de matériaux encore plus innovants pour la bio-impression 3D à l'avenir. Si ces matériaux et processus s'avèrent concluants, nous serons également en mesure d'ouvrir des applications dans les domaines de la technologie des capteurs ou des cosmétiques à l'avenir. Cela renforce la capacité d'innovation de la région dans le domaine de l'impression 3D et favorise les activités de changement structurel en Lusace", déclare M. Rosencrantz.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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