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La peau bio-imprimée guérit les blessures des porcs avec un minimum de cicatrices, et les humains viennent ensuite

Notre peau est une merveille de la bio-ingénierie naturelle.

C’est le plus grand organe du corps et c’est un système de défense étanche qui protège contre les infections. Il regorge de glandes sudoripares qui nous gardent au frais lorsque les températures sont élevées. Il peut encaisser de sérieux coups – coups de soleil, égratignures, taches d’huile de cuisson et autres accidents de la vie quotidienne – mais il se régénère rapidement. Bien sûr, il peut y avoir des cicatrices permanentes, mais les signes de dommages moindres finissent par s’estomper.

Compte tenu de ces avantages, il n’est pas étonnant que les scientifiques tentent de recréer la peau en laboratoire. Par exemple, une peau artificielle pourrait recouvrir des robots ou des prothèses pour leur donner la capacité de « sentir » la température, de toucher ou même de guérir lorsqu’ils sont endommagés.

Cela peut aussi sauver des vies. Les pouvoirs d’auto-guérison de la peau ont des limites. Les personnes gravement brûlées ont souvent besoin d’une greffe de peau prélevée sur une autre partie du corps. Bien qu’efficace, cette procédure est douloureuse et augmente le risque d’infection. Dans certains cas, il ne reste pas suffisamment de peau intacte. Un dilemme similaire hante les soldats blessés au combat ou souffrant de maladies cutanées héréditaires.

Reconstruire tous les super pouvoirs de la peau est pour le moins difficile. Mais la semaine dernière, Une équipe de l’Université de Wake Forest Un grand pas vers une peau artificielle qui guérit les grosses blessures a été franchie lorsqu’elle a été transplantée chez des souris et des porcs.

L’équipe a utilisé six types différents de cellules de peau humaine comme « encre » pour imprimer une peau artificielle à trois couches. Contrairement aux itérations précédentes, cette peau synthétique imite fidèlement la structure de la peau humaine.

Dans le cadre d’études de validation de principe, l’équipe a transplanté de la peau chez des souris et des porcs présentant des lésions cutanées. Les greffes de peau sont rapidement insérées dans les vaisseaux sanguins de la peau environnante et intégrées à l’hôte. Ils ont également contribué à former du collagène – une protéine essentielle à la cicatrisation des plaies et à la réduction des cicatrices – en une structure similaire à celle d’une peau normale.

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« Ces résultats montrent qu’il est possible de créer une peau humaine issue de la bio-ingénierie sur toute l’épaisseur et qu’elle favorise une guérison plus rapide et des résultats d’apparence plus naturelle. » Il a dit Auteur de l’étude, le Dr Anthony Atala.

Attendez… quelle est l’épaisseur de la peau entière ?

On imagine souvent la peau comme un drap-housse qui enveloppe le corps. Mais vu au microscope, il s’agit d’un chef-d’œuvre complexe de la bio-ingénierie.

Ou j’aime le considérer comme un gâteau à trois étages.

Chaque couche contient différents types de cellules spécialement conçues pour ses fonctions distinctes. La classe supérieure est la gardienne. Il s’agit d’une connexion directe avec le monde extérieur et contient des types de cellules capables de résister aux rayons ultraviolets, au temps sec et aux bactéries nocives. Il contient également des cellules qui produisent la pigmentation. Ces cellules se détachent continuellement lorsqu’elles sont endommagées et sont remplacées pour maintenir la résistance de la barrière.

La couche intermédiaire est le pont. Ici, les vaisseaux sanguins et les fibres nerveuses relient la peau au reste du corps. Cette couche est pleine de cellules qui produisent des poils, de la sueur et des lubrifiants, et constitue le fléau de toute personne sujette à l’acné. En tant que couche la plus large, elle est étroitement maintenue par le collagène, donnant à la peau son élasticité et sa force.

Enfin, la couche la plus profonde de la peau est le « pelage gonflé ». Cette couche est principalement composée de collagène et de cellules graisseuses et absorbe les chocs qui protège la peau des blessures et aide à conserver la chaleur corporelle.

Recréer toutes ces structures et fonctions est très difficile. La solution d’Atala ? Bio-impression 3D

Peau dans le jeu

Atala n’est pas étrangère à la bio-impression.

En 2016, son équipe a développé un Imprimante de tissus et d’organes Elle peut imprimer de grands tissus de n’importe quelle forme. À l’aide de données cliniques, l’équipe a créé des modèles informatiques pour guider l’imprimante lors de l’impression de différents squelettes et muscles. Quelques années plus tard, ils se lancent dans l’ingénierie Bio-imprimante cutanée Qui utilise deux types de cellules – soit de la couche supérieure, soit de la couche intermédiaire – pour corriger directement la peau affectée. Bien que la peau puisse refermer de grandes plaies, elle ne capture qu’une partie de la complexité d’une peau normale.

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La nouvelle étude a utilisé six types de cellules humaines comme bio-encre, recréant la structure de notre peau de haut en bas. Pour fabriquer du cuir artificiel, utilisez l’équipe logiciels d’ordinateur Pour diriger le placement des cellules dans chaque couche. L’impression 3D s’appelle l’extrusionCette technologie utilise la pression de l’air pour imprimer des tissus très avancés à partir d’une buse. Cela peut paraître compliqué, mais c’est un peu comme presser un glaçage de différentes couleurs pour décorer un gâteau.

Dans un premier temps, l’équipe a suspendu les cellules dans un hydrogel composé principalement de… Une protéine sécrétée par le foie. Contrairement aux matériaux synthétiques, cette base produite par le corps augmente la biocompatibilité. L’équipe a ensuite imprimé en 3D une greffe de peau, couche par couche, mesurant un pouce de chaque côté, légèrement plus grande qu’un morceau de sucre.

La peau bio-imprimée a conservé ses trois couches pendant au moins 52 jours en laboratoire, et les zones de pigmentation et de desquamation sont apparues naturellement.

Ensuite, l’équipe a testé la peau artificielle sur des souris. Toutes les plaies traitées avec des greffes de peau synthétique guérissent complètement en deux semaines, contrairement à celles traitées avec de l’hydrogel uniquement ou laissant la plaie guérir naturellement.

La peau artificielle était particulièrement efficace pour construire la couche protectrice supérieure de la peau, formant des structures qui ressemblaient à une guérison naturelle. Ils produisaient également du collagène et, plus important encore, le tissaient dans une structure en forme de panier en osier qui ressemblait à de la peau humaine.

La peau bio-imprimée a recruté les propres cellules vasculaires des souris, générant ainsi un réseau de petits vaisseaux au sein du greffon. En utilisant un colorant pour suivre les protéines humaines dans le greffon, l’équipe a découvert que les cellules transplantées étaient intégrées à leur hôte dans la couche intermédiaire de la peau.

Couiner ?

Les souris ont une peau plus fine que celle des humains. En revanche, les peaux de porc sont plus proches des nôtres. Dans un deuxième test, l’équipe a étendu la technologie pour transplanter des organes chez des porcs. Ici, ils ont récolté quatre types de cellules de porcs par biopsie – dont certaines qui constituent la couche externe de la peau, du collagène, des vaisseaux sanguins et des tissus adipeux – et les ont cultivées dans un bioréacteur pendant 28 jours.

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Certains paiements ont échoué. Cependant, en moyenne, le brassin a produit suffisamment de cellules pour doubler la taille du greffon initial et ainsi assurer une plus grande couverture. Le morceau de peau synthétique obtenu avait à peu près la taille du visage d’un Rubik’s Cube et correspondait à l’épaisseur de la peau de porc.

Comme chez la souris, les greffons ont rapidement refermé les plaies importantes sans l’effet habituel de « plissement » – où la peau se contracte comme des raisins et des raisins secs – conduisant à des cicatrices.

L’équipe a conclu que cela est probablement dû à l’amplification des gènes responsables de la cicatrisation des plaies, dont certains régulent également les réponses immunitaires qui aident les nouveaux vaisseaux sanguins à se développer et à réduire les cicatrices.

La peau artificielle est prometteuse mais encore à ses balbutiements. Lorsqu’il a été vacciné sur des porcs, il n’a pas produit de pigmentation de manière fiable, ce qui pourrait être gênant pour les personnes à la peau foncée. Les greffons n’ont pas non plus produit de poils corporels, bien qu’ils contiennent des structures permettant leur croissance dans le bioink. Même si ce n’est peut-être pas le pire (plus de rasage !), les résultats suggèrent qu’il y a encore beaucoup à apprendre.

Pour Atala, l’effort en vaut la peine. « La cicatrisation cutanée complète représente un défi clinique majeur, affectant des millions de personnes dans le monde, avec des options limitées », a-t-il déclaré. L’étude suggère qu’une impression cutanée à grande échelle est possible pour traiter des blessures dévastatrices chez l’homme.

Source de l’image : Une cellule cutanée normale sous un microscope. Torsten Whitman, Université de Californie, San Francisco (via NIH/Flickr)

Delphine Perrault

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