La bio-impression abordable : des tissus en un clic
Une imprimante 3D modifiée achetée dans un magasin d'électronique imprime des tissus vivants
Des chercheurs ont désormais réussi à modifier une simple imprimante 3D de manière à ce qu'elle puisse créer des structures biologiques en appuyant sur un bouton. C'est une chance pour les petits laboratoires de faire également de la recherche dans ce domaine.
"L'ingénierie tissulaire est une technologie d'avenir", Benedikt Kaufmann en est convaincu. Les tissus fonctionnels fabriqués artificiellement - par exemple le cartilage, les os ou les tissus musculaires - offrent potentiellement une multitude d'applications : par exemple en pharmacologie, où l'utilité et les effets secondaires des médicaments doivent être étudiés ; ou en médecine, pour soigner les patients souffrant de lésions tissulaires. Mais la production de tissus complexes ayant les mêmes propriétés que les tissus naturels est difficile.
Depuis quelques décennies, les chercheurs utilisent les techniques d'impression 3D les plus diverses pour fabriquer des structures organiques à partir de biomatériaux et de cellules, qui doivent ensuite être préparées à leur fonction future par un entraînement ciblé. "Mais malgré tous ces succès, nous sommes encore loin de notre objectif de produire des tissus sur mesure à plus grande échelle. Pour continuer à développer l'ingénierie tissulaire, il faudrait que les chercheurs du monde entier coopèrent, génèrent et partagent des connaissances", souligne le bio-ingénieur du Centre d'ingénierie tissulaire appliquée et de médecine régénérative (CANTER) de l'Université de Munich.
De l'idée au produit fini
Jusqu'à présent, la recherche échoue parfois - avant même d'avoir commencé - à cause du budget : les bio-imprimantes, qui permettent de fabriquer des structures cellulaires tridimensionnelles, coûtent plusieurs dizaines de milliers d'euros. Pour les petits laboratoires ou instituts, elles sont souvent inabordables. Dans le cadre de son doctorat, Kaufmann a maintenant développé une alternative bon marché : Avec une équipe interdisciplinaire du CANTER en coopération avec l'Université technique de Munich, il a modifié une imprimante 3D de quelques centaines d'euros vendue dans les magasins d'électronique, avec laquelle on fabrique normalement des prototypes et des modèles en plastique, de manière à pouvoir imprimer des tissus vivants. Le manuel de construction open source est désormais disponible gratuitement pour tout le monde.
Des facteurs décisifs : Chaleur et humidité
"Le plus grand défi a été de créer des conditions environnementales appropriées", se souvient Kaufmann : "Pour traiter des protéines et des cellules, il faut non seulement une humidité élevée, mais aussi une température régulière de 37 degrés Celsius. Après de nombreux tests, les chercheurs ont opté pour une solution efficace et peu coûteuse : des feuilles chauffantes, collées sur le boîtier en aluminium de l'imprimante et commandées par un microcontrôleur, chauffent l'intérieur à la température souhaitée. Ce faisant, la cellulose imprégnée d'eau génère une humidité de l'air de plus de 90 pour cent. En outre, les chercheurs ont remplacé la plateforme d'impression de l'imprimante, sur laquelle des structures sont construites couche par couche : Sur les imprimantes courantes qui traitent le plastique, ce plateau est en métal. L'imprimante 3D modifiée dispose d'une suspension sur laquelle une plaque de verre peut être fixée. Il est possible d'imprimer directement des biomatériaux et des cellules sur cette plaque translucide et de les examiner ensuite au microscope en haute résolution.
La très petite imprimante fonctionne avec la stéréolithographie masquée, un procédé particulièrement respectueux des cellules, dans lequel la lumière des LED est projetée selon un modèle préprogrammé à travers un écran à cristaux liquides - semblable à celui d'un téléphone portable ou d'un moniteur d'ordinateur - sur la plaque de verre mouillée d'un hydrogel gélatineux. Certains pixels de l'écran sont activés de manière ciblée et veillent ainsi à ce que les protéines présentes dans l'hydrogel se réticulent et durcissent exactement aux endroits souhaités - une structure tridimensionnelle est ainsi créée couche après couche.
Des structures sur mesure
À côté des appareils de laboratoire professionnels du laboratoire CANTER de l'université de Munich, l'imprimante 3D rééquipée fait presque figure de nain. Mais les résultats qu'elle fournit n'ont rien à envier à ceux des grands appareils : "Nos essais ont montré que l'imprimante 3D modifiée permet de fabriquer des armatures structurelles organiques de rigidité variable - ce qui est important, car la substance osseuse, par exemple, requiert une plus grande dureté que le tissu musculaire", explique Kaufmann. Entre-temps, il a également été possible d'intégrer des cellules souches directement dans les structures pendant le processus d'impression.
Pour les équipes de chercheurs qui n'avaient jusqu'à présent pas la possibilité de fabriquer elles-mêmes des constructions tissulaires, c'est une bonne nouvelle : Ils peuvent désormais transformer une simple imprimante 3D disponible dans le commerce en bio-imprimante grâce aux instructions de construction disponibles sur le web. "Un savoir-faire en ingénierie n'est pas nécessaire pour cela", souligne Kaufmann. Selon lui, la voie est ainsi ouverte aux petits laboratoires pour acquérir de l'expérience dans la fabrication, la caractérisation et l'optimisation de tissus artificiels, pour générer et partager des connaissances afin de développer l'ingénierie tissulaire. Même dans les écoles, l'imprimante modifiée permet d'acquérir une première expérience en matière d'impression 3D de biomatériaux.
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 Allemand peut être trouvé ici.
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