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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Glossaire8. Conclusion synthétique
En quelques décennies de développement, la bio-impression est passée de la science-fiction à la réalité en franchissant deux obstacles majeurs : la perte de viabilité des cellules et l'impossibilité de les mettre à l'échelle. D’un point de vue technique, la figure 21 rappelle les éléments importants à prendre en considération en bio-printing (figure inspirée de Ng, Chua et Shen ). Il s’agit d’éléments essentiels qui, pour le moment, ne garantissent pas une robustesse suffisante pour des applications médicales robustes.
Les organoïdes, émergés récemment en bio-fabrication, comblent le fossé existant entre la culture cellulaire in vitro 2D traditionnelle, facilement accessible et facilement extensible, et la complexité des modèles animaux. Avec le bio-printing et en raison de leur facilité de production et de leur étroite ressemblance avec les organes humains dans le domaine de la santé et de la maladie, les organoïdes présentent un grand intérêt pour la recherche translationnelle et invitent à une application rapide en clinique. Les techniques de culture cellulaire en 3D fournissent les méthodes nécessaires pour faire avancer la recherche, même si de nombreux verrous doivent encore sauter . Néanmoins,...
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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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(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).
-
(5) - GUÉDON (E.), MALAQUIN (L.), ANDRÉ (J.C.) - Bio-printing – État des lieux et perspectives. - Techniques...
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