Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Le bio-printing est un procédé 3D de dépôt de suspensions cellulaires, de solutions aqueuses ou d’hydrogels, de supports biocompatibles, en limitant les différents stress que peuvent subir les cellules par les procédés de fabrication additive pour atteindre une forme et une fonctionnalité biologique souhaitée dans des tissus ou des organes bio-imprimés. Ce domaine émergent est encore proche de preuves de concept avec pour but ultime la réalisation de tissus et d’organes avec une visée initiale « réparatrice », même si d’autres niches plus prometteuses dans le court terme apparaissent (médecine de précision, toxicologie, cosmétique, etc.). L’article traite de voies de réalisation de milieux adaptés pour la bio-impression avec des verrous conceptuels et techniques, des tendances réalistes en évitant, autant que faire se peut, des promesses insensées.
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Jean-Claude ANDRÉ : Directeur de recherche au CNRS
INTRODUCTION
Depuis plus de 30 ans, les ingénieurs ont mis au point des procédés dits « de fabrication additive » qui permettent la réalisation d’objets s’appuyant sur un dépôt informatisé – simultané ou non – de matière et d’énergie [André, 2017]. Ce marché est de quelques dizaines de milliards d’€/an avec une croissance de l’ordre de 20 %/an. De nouvelles niches sont explorées et, compte tenu du besoin exprimé ci-dessus (mais pas uniquement), de nouveaux procédés (de bio-impression ou bio-printing) se développent, visant la réalisation par fabrication additive d’éléments biologiques structurés conçus par ordinateur.
Le bio-printing appartient ainsi à la bio-ingénierie, qui intègre les sciences physiques, chimiques, mathématiques, ainsi que les principes d’ingénierie pour étudier la biologie, la médecine, les comportements et la santé : il vise la fabrication d’organes ou de tissus vivants. Relativement aux techniques de fabrication additive classiques, l’impression d’éléments biologiques ajoute un niveau de complexité supplémentaire très important aux procédés parce qu’il est nécessaire de structurer « intelligemment » des matériaux vivants ou non mimant la matrice extracellulaire et de contrôler les distributions spatiales de différents types de cellules ou de biomolécules qui peuvent jouer un rôle sur la différenciation cellulaire, la croissance ou l’apoptose, etc. Il s’agit donc de mettre à disposition des biologistes et des médecins des procédés permettant de déposer des suspensions cellulaires, des solutions aqueuses ou des hydrogels, des supports biocompatibles, en limitant les différents stress que peuvent subir les cellules par les procédés de fabrication additive pour atteindre une fonctionnalité souhaitée. Il s’agit également d’anticiper les effets des processus d’auto-organisation cellulaire résultant d’un dépôt de cellules pour atteindre un objectif médical (téléologie et problème inverse).
Dans les faits, deux cibles s’appuyant sur la bio-impression sont présentées, celle « historique » visant la réalisation d’organes (médecine régénérative), l’autre plus récente concernant une utilisation plus robuste que la première, mais en émergence récente, d’amas cellulaires mimant les organes avec une vision « diagnostic » en médecine personnalisée.
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- Version archivée 1 de févr. 2017 par Emmanuel GUÉDON, Laurent MALAQUIN, Jean-Claude ANDRÉ
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Approche réglementaire, responsable et/ou éthique5. Autres limitations
De manière évidente, la principale préoccupation est liée à une utilisation fiable des tissus, des organes dans les réparations ou des organoïdes dans les modèles d'étude des pathologies ; en effet, les tissus, sauf dans des cas particuliers, nécessitent une vascularisation appropriée pour leur survie et pour rappeler les comportements des cellules immunitaires in situ. Par ailleurs, s’il est possible de maintenir en vie des cellules dans des organoïdes par des voies artificielles pendant quelques jours, il n’en est pas tout à fait de même pour les tissus, sauf s’ils n’utilisent pas naturellement de vascularisation (cartilage par exemple) ou sont très proches d’une vascularisation (peau) avec des sortes d’autogreffes.
Par ailleurs, les méthodologies techniques du bio-printing ne permettent pas encore de tenir compte de toute la structure fine des différents dépôts (échafaudages et cellules), en particulier de l’orientation des fibres musculaires ou du cartilage. Il faut soit faire la démonstration d’une auto-organisation adaptée, soit chercher de nouvelles méthodes de fabrication plus sophistiquées…
Pour s’engager sur une note un peu plus optimiste, les cultures d'organoïdes humains présentent un certain nombre d'avantages potentiels par rapport aux modèles animaux : ils fournissent des résultats plus rapides et plus robustes, sont plus facilement accessibles et correspondent à une représentation plus précise du tissu humain du patient et une plus grande quantité de matériel avec lequel travailler . Un dispositif de production d’organoïdes humains peut être établi en peu de temps à partir de machines de bio-printing du commerce, ce qui favorise leur utilisation pour fournir des données personnalisées solides, notamment des profils de mutation individuels et des réponses aux médicaments.
5.1 Nerfs et vaisseaux
Les réalisations récentes présentent des limites évidentes : par exemple l'innervation, la vascularisation et les cellules immunitaires sont absents dans les opérations de bio-printing, et par conséquent, les processus biologiques et pathologiques...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DZOBO (K.), THOMFORD (N.E.), SENTHEBANE (D.A.), SHIPANGA (H.), ROWE (A.), DANDARA (C.), PILLAY (M.), MOTAUNG (K.S.C.M.) - Advances in Regenerative Medicine and Tissue Engineering : Innovation and Transformation of Medicine. - Stem Cells International, 2495848 (2018).
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(2) - FERNEY (J.) - Près de 24 000 malades en attente d’une transplantation d’organes. - https://www.la-croix.com/Sciences-et-ethique/Sante/Pres-24-000-malades-attente-dune-transplantation-dorganes-2020-01-14-1201071743 (2020).
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(3) - HRSA Health Resources & Services Administration - Organ Donation Statistics. - https://www.organdonor.gov/statistics-stories/statistics.html (2020).
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(4) - DERAKHSHANFAR (S.), MBELECK (R.), XU (K.), ZHANG (X.), ZHONG (W.), XING (M.) - 3D bio-printing for biomedical devices and tissue engineering : A review of recent trends and advances. - Bioactive Materials, 3, p. 144-156 (2018).
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(5) - GUÉDON (E.), MALAQUIN (L.), ANDRÉ (J.C.) - Bio-printing – État des lieux et perspectives. - Techniques...
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