L’impression 3D d’organes est très prometteuse pour le développement de la médecine. D’ores et déjà, les implants auriculaires imprimés en 3D et les modèles robotisés de colonne vertébrale humaine suscitent un vif intérêt de la part des startups et des géants pharmaceutiques, tout autant que melbet mobile de la part des amateurs de sport.
La clé de ces avancées réside dans la garantie de la survie des cellules vivantes pendant le processus d’impression. Pour cela, il faut un environnement qui fournisse suffisamment de nutriments et d’oxygène.
Questions réglementaires
L’impression d’un organe nécessite l’utilisation d’une bio-encre, un mélange de cellules vivantes et de supports qui sert de soutien structurel. Malheureusement, seule une poignée de bio-encres répond actuellement aux exigences physico-chimiques de l’impression 3D – les bio-encres sûres doivent favoriser la croissance et la fonction des cellules tout en restant efficaces et rentables – et les processus d’impression devraient également être privilégiés pour l’impression d’organes à grande échelle.
Bien que cette technologie soit très prometteuse, elle a soulevé plusieurs questions d’ordre réglementaire. Par exemple, l’impression d’organes humains soulève de sérieuses questions de sécurité et de consentement éclairé du fait qu’ils sont fabriqués sur mesure pour chaque personne opérée et qu’ils ne peuvent pas être testés sur des volontaires avant d’être implantés. En outre, l’impossibilité de revenir en arrière une fois l’opération terminée complique encore les choses.
L’impression d’organes nécessite un équipement et une formation spécialisés, en particulier lorsqu’il s’agit d’imprimer des structures complexes telles que des vaisseaux sanguins et des voies respiratoires.
Bien que l’impression d’organes en 3D puisse présenter des défis uniques, les experts estiment que son utilisation future en médecine est sans précédent. Elle pourrait contribuer à remédier à la pénurie d’organes en permettant aux cliniciens d’imprimer un organe en deux semaines plutôt qu’en plusieurs années, ainsi qu’à créer des modèles anatomiques utiles à la découverte de médicaments.
La technologie
Les scientifiques travaillent encore à la réalisation de leur objectif ultime, l’impression d’organes en 3D, et l’un des principaux obstacles qu’ils doivent surmonter consiste à relier les structures imprimées au réseau vasculaire de notre corps, qui fournit l’oxygène et les nutriments nécessaires à la vie. Les chercheurs ont réussi à imprimer des tissus non vasculaires tels que le cartilage, mais n’ont pas encore progressé dans l’impression de réseaux vasculaires.
Le maintien des cellules vivantes pendant l’impression constitue un autre défi majeur et nécessite de s’assurer que leur environnement est à la fois sûr et stable – trop de chaleur ou trop peu de froid peuvent entraîner leur mort.
La biocompatibilité des matériaux imprimés qui intègrent des cellules est également cruciale, en particulier si les organes imprimés par l’imprimante sont transplantés sur des patients humains ; leur système immunitaire les reconnaîtra comme “eux-mêmes” et sera donc moins susceptible de les rejeter.
De même, les matériaux imprimés doivent être intégrés dans des réseaux vasculaires solides et durables pour assurer leur longévité en tant qu’organes. Pour y parvenir efficacement, il faudra concevoir un système d’approvisionnement en sang efficace pour le relier aux réseaux vasculaires existants dans le corps. Des études récentes suggèrent que l’ingénierie cellulaire microfluidique pourrait être une approche efficace pour atteindre cet objectif.
Coûts
L’impression 3D d’organes à partir de cellules vivantes est une entreprise coûteuse, en raison de l’équipement spécialisé nécessaire, des matériaux requis et des recherches menées sur la compatibilité des bio-encres afin d’éviter les réactions immunitaires – autant de facteurs qui contribuent à son coût élevé.
Toutefois, à mesure que l’impression 3D progresse et que la biotechnologie évolue, les coûts devraient diminuer de manière significative. En outre, la possibilité d’imprimer un organe sur mesure pour un patient donné pourrait réduire les délais d’attente et diminuer le risque de rejet par l’organisme.
Les chercheurs développent également des réseaux vasculaires microscopiques dans les organes artificiels qu’ils impriment, une étape essentielle pour qu’ils établissent une circulation et transportent efficacement le sang, les nutriments et les déchets par eux-mêmes. Les canaux vasculaires permettent aux organes imprimés de survivre suffisamment longtemps pour servir de substituts viables aux organes réels.
Le tissu pulmonaire peut être difficile à imprimer en raison de sa composition complexe de cellules qui doivent interagir pour fonctionner et maintenir l’homéostasie. Pour surmonter cet obstacle, les chercheurs se sont tournés vers les cellules souches pluripotentes induites (iPSC) pour produire des cellules épithéliales alvéolaires de type II – des cellules semblables aux voies respiratoires connues pour leurs capacités de régénération réactives qui en font des candidates idéales pour les modèles pulmonaires basés sur la bioprinting qui ressemblent à ceux de l’homme. Leur régénération permet à ces cellules de former facilement des structures complexes semblables à celles des poumons humains !
Avantages
L’impression 3D pourrait potentiellement réduire les listes d’attente pour les greffes d’organes tout en éliminant la recherche préclinique sur les animaux non humains. Les scientifiques étudient déjà les moyens de créer des organes bioartificiels tels que des reins, des foies et des cœurs à l’aide de la bio-impression 3D ; une technique prometteuse consiste à positionner couche par couche des cellules et des matériaux afin de former des tissus bio-artificiels.
La bio-impression diffère considérablement des techniques traditionnelles d’ingénierie tissulaire en ce sens qu’elle utilise uniquement des cellules vivantes comme source de matériaux pour la croissance des organes. À l’instar d’une cartouche d’imprimante à jet d’encre, les cartouches remplies de cellules vivantes agissent comme des cartouches de bio-encre lors de ce processus.
Une fois qu’une image numérique de l’organe souhaité est créée, elle sert de guide pour développer sa forme physique. Une bioprinter utilise des buses pour déposer des cellules sur une plateforme 3D où elles sont ensuite moulées en place à l’aide d’une technologie de moulage. Une fois terminées, ces structures sont placées dans un incubateur pour que les cellules puissent se développer et mûrir correctement.
Bien que les scientifiques n’aient créé que quelques organes bioimprimés jusqu’à présent, ces efforts de bioimpression sont déjà prometteurs pour des applications médicales. Une étude a utilisé un modèle alvéolaire pour démontrer comment le tissu pulmonaire imprimé en 3D pouvait remplacer des poumons humains endommagés ; les chercheurs ont découvert qu’il pouvait résister aux contraintes mécaniques associées à l’impression tout en absorbant d’importantes quantités d’humidité provenant de son environnement.
