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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Bio-printing is a 3D process for the deposition of cell suspensions, aqueous solutions or hydrogels, biocompatible scaffolds, limiting the different stresses that cells may undergo by additive manufacturing processes to achieve a desired form and a biological functionality in bio-printed tissues or organs. This emerging field is still close to proof of concept with the ultimate goal of producing tissues and organs with an initial "repair" aim, although other more short-term promising niches are emerging (precision medicine, toxicology, cosmetics, etc.). The article deals with ways of realizing adapted media for bio-imprinting with conceptual and technical locks, realistic trends avoiding, as much as possible, senseless promises.
Auteur(s)
-
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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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
ethics | tissues | organs | additive manufacturing | organoids
VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 2017 par Emmanuel GUÉDON, Laurent MALAQUIN, Jean-Claude ANDRÉ
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Mécanique > Fabrication additive – Impression 3D > Enjeux, procédés et marchés > Bio-printing – De l’organe à la médecine personnalisée, résultats et promesses > Principes associés au bio-printing
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Matières supports et vivantes du bio-printing2. Principes associés au bio-printing
2.1 Le concept
L’idée de base vise déjà à fabriquer des tissus comme l’indique schématiquement la figure 4 ; deux types de matériaux sont classiquement utilisés, un matériau support et des cellules vivantes qui ont pour fonction, tout en se fixant sur le support, de se développer pour construire le tissu. De par sa géométrie 3D et ses propriétés bio-physico-chimiques, le microenvironnement de culture ainsi constitué doit permettre la prolifération cellulaire, mais aussi orienter la différenciation de ces cellules pour atteindre la(les) fonctionnalité(s) souhaitée(s) (condition nécessaire, mais pas encore suffisante).
L’avantage est qu’avec cette technique de bio-printing (très largement présentée par Osaghae en 2019 ), on peut revenir aux technologies classiques d’impression 3D, car le bio-construit peut être directement réalisé à partir de fichiers numériques précis (il ne s’agit pas du tissu définitif comme cela sera montré par la suite).
Le concept d’impression 3D a été opérationnalisé en 1984 par deux brevets concernant la stéréolithographie consistant en la polymérisation résolue dans l’espace d’une résine sensible à la lumière. Le lecteur intéressé pourra utilement se reporter aux publications des Techniques de l’Ingénieur sur le sujet [À lire également dans nos bases].
Relativement aux techniques de fabrication additive classiques, l’impression d’éléments biologiques ajoute plusieurs niveaux de complexité aux procédés parce qu’il est nécessaire de disposer de la « bonne » qualité et d’une quantité suffisante de cellules humaines, de structurer...
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Principes associés au bio-printing
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).
-
(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).
-
(3) - HRSA Health Resources & Services Administration - Organ Donation Statistics. - https://www.organdonor.gov/statistics-stories/statistics.html (2020).
-
(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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