Une nouvelle stratégie en ingénierie tissulaire

À ce jour, il existe deux manières complètement différentes de produire des tissus synthétiques. À TU Wien, une troisième approche a maintenant été développée qui combine les avantages des deux.

C’est un ancien rêve de la médecine : si des types aléatoires de tissus pouvaient être produits artificiellement Cellules souchesEnsuite, les blessures aux cellules du corps peuvent guérir et, un jour, il sera peut-être même possible de produire des organes artificiels. Cependant, il est difficile d’obtenir les alvéoles sous la forme souhaitée. Les méthodes qui existaient jusqu’à présent peuvent être divisées en deux catégories fondamentalement différentes : soit les premiers créent d’abord de petits blocs de construction tissulaire, tels que des conglomérats de cellules rondes ou des feuilles de cellules plates, puis les assemblent, soit les premiers créent d’abord un échafaudage microporeux et puis implanter avec des cellules. Les deux approches ont des avantages et des inconvénients.

A TU Wien (Vienne), une troisième approche a été développée : l’utilisation d’un laser 3D spécial technologie d’impression, des échafaudages microscopiques d’un diamètre inférieur à un tiers de millimètre peuvent être produits, pouvant accueillir des milliers de cellules. De cette façon, il y a une densité cellulaire élevée dès le départ, mais on a toujours la flexibilité d’adapter la forme et propriétés mécaniques de la structure.

Avec échafaudage ou sans ?

Le Dr Olivier Guillaume, auteur principal de l’étude actuelle, qui mène la recherche à TU Wien dans l’équipe du professeur Alexander Ovsianikov à l’Institut des sciences et technologies des matériaux, a déclaré. « L’échafaudage peut être souple ou dur selon les besoins, et constitué de matériaux biocompatibles qui se dégradent dans le corps. Il peut même être équipé de biomolécules spéciales qui favorisent la formation de tissus. »

Cependant, l’inconvénient est qu’il est difficile de remplir rapidement et complètement un tel échafaudage avec des cellules. Beaucoup de travail manuel est encore nécessaire ici aujourd’hui, même si des recherches sont déjà en cours sur les processus automatisés. Surtout avec les grands échafaudages, les cellules mettent beaucoup de temps à se déplacer dans la structure; La densité cellulaire reste souvent très faible et hétérogène.

La situation est complètement différente si un tel échafaudage n’est pas utilisé. Il est également possible de simplement faire pousser de petits amas de cellules, qui sont réunies dans la forme souhaitée afin qu’elles finissent par fusionner. Avec cette technique, le nombre de cellules est important dès le départ, mais il n’y a pratiquement aucune possibilité d’interférer avec le processus. Par exemple, il peut arriver que les sphères cellulaires changent de taille ou de forme et que le tissu se retrouve avec des propriétés différentes de celles souhaitées.

Les cellules vivantes rencontrent le processus d’impression 3D haute résolution

« Nous avons maintenant réussi à combiner les avantages des deux approches – en utilisant une image 3D à très haute résolution Méthode d’impression « Nous faisons des recherches ici à TU Wien depuis des années », déclare le professeur Alexander Ovsianikov.

Cette technologie, la polymérisation à deux photons, utilise un matériau photosensible qui est traité avec un faisceau laser Exactement dans les positions requises. De cette manière, les structures peuvent être réalisées avec une précision inférieure au micromètre.

Cette méthode laser est maintenant utilisée pour créer des échafaudages en filigrane très poreux d’un diamètre d’un peu moins d’un tiers de millimètre. La conception de ces micro-échafaudages permet la génération rapide d’amas de cellules à l’intérieur. Dans le même temps, les cellules sont protégées des dommages mécaniques externes, de la même manière qu’un pilote de rallye est protégé par un arceau de sécurité de voiture de course.

« Il est relativement facile de travailler avec ces échafaudages remplis de cellules et pouvant être assemblés », explique Alexander Ovsianikov. « Lorsque plusieurs sont directement mis en contact, il est possible de créer de grands assemblages de tissus avec une densité cellulaire initiale élevée en peu de temps. Cependant, nous pouvons très bien contrôler les propriétés mécaniques de la structure. »

La première cible est le cartilage et l’os

Le concept de base de la nouvelle stratégie d’ingénierie tissulaire a été présenté en détail par le groupe de recherche en 2018. Maintenant, pour la première fois, il a été possible de montrer que cette méthode fonctionne réellement : « Nous avons pu montrer que la méthode offre les avantages que nous espérions », déclare-t-il, Alexander Ovsianikov. « Nous avons utilisé des cellules souches dans nos expériences, qui peuvent être stimulées pour produire du cartilage ou du tissu osseux. Nous avons pu montrer que les cellules des unités d’échafaudage adjacentes fusionnent et forment en fait un seul tissu. Ce faisant, la structure conserve sa forme. À l’avenir, ces unités d’échafaudage pourront être rendues injectables pour une utilisation en chirurgie mini-invasive.