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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MOTS-CLÉS
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- Version archivée 1 de févr. 2017 par Emmanuel GUÉDON, Laurent MALAQUIN, Jean-Claude ANDRÉ
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Autres limitations4. Maîtrise de l’auto-organisation cellulaire
4.1 Interdisciplinarité
Dans le fond, les publications [Pour en savoir plus] attestent des formes d’induction ou plus prosaïquement de « bricolage savant » dans un domaine en émergence. Indépendamment de ces aspects se pose le problème des moyens d’aborder des questions complexes avec des zones de non-connaissance (figure 18) (approche épistémologique et conduite d’un projet scientifique et technologique). « Ce qui change radicalement, c’est qu’on ne combine plus, au premier temps, les connaissances de chacune des disciplines, mais on commence par rassembler ce qu’on ne sait pas, “The state of the non-art”, en quoi la discipline ne saurait donner de réponses aux problèmes que pose l’objet que l’on cherche à connaître et à construire. Chaque discipline cherche en quoi l’objet ne peut être traité par ses concepts et sa logique. Cela interroge au plus profond la pratique scientifique parce que ces non-savoirs obligent à voir l’interdisciplinarité autrement que comme une procédure de somme. Elle obéit à une logique de soustraction (sans manque) qui conduit chaque discipline à être réinterprétée par les autres. La maîtrise n’est plus au centre. Le non-savoir n’est plus à la marge, mais au centre du processus » .
La pratique naturelle des scientifiques est de rechercher si une rigueur mathématique, des procédures algorithmiques peuvent assurer, à l’interface entre technologies, sciences de l’ingénieur, sciences de l’information et biologie, un corps de doctrine conceptuel qui pourrait assurer une nouvelle connaissance pour la production de tissus et d’organes biologiques, tout en sachant que nul spécialiste ne peut en principe dépasser une culture plus large que celle de sa discipline… Ce travail a été effectué avec la volonté d’associer le maximum de simplicité à une robustesse satisfaisante indispensable pour rendre compte des phénomènes… Mais est-ce suffisant ?
Pour le bio-printing, plusieurs disciplines sont à l’œuvre, ce qui amène à modéliser...
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Maîtrise de l’auto-organisation cellulaire
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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