La Bio-impression
Le principe
La bio-impression utilise les principes de l’impression 3D pour agréger couche par couche les constituants de tissus biologiques (cellules et matrice extracellulaire) selon un modèle 3D conçu par ordinateur.
Après la phase de bio-impression, le tissu subi une phase de maturation permettant aux cellules de s’auto-organiser jusqu’à faire émerger des fonctions biologiques spécifiques du tissu élaboré. Ce temps de maturation constitue la 4ème dimension.
Les différentes techniques de Bio- impression
Il existe en 2016, trois techniques de bio-impression:
- L’impression par jet d’encre biologique : Cette technologie est la plus abordable et la plus facile d’utilisation, néanmoins la résolution est médiocre et la viabilité des cellules, inférieure à 80%.
- La Bio extrusion : c’est la technologie la plus répandue et la seule actuellement commercialisée par la société américaine Organovo.
- La bio-impression Laser : C’est une technologie développée et exploitée par 2 centres seulement dans le monde : L’Inserm de Bordeaux et le « Lazer Zentrum » de Hannovre (LZH). Elle offre précision, relative rapidité et un taux optimale de survie des cellules.
Les applications de la Bio-impression
La création de modèles tissulaires prédictifs
D’ici 3 à 5 ans, il sera possible d’imprimer pour un patient, un échantillon de tissu élaboré à partir de ses propres cellules, afin de servir de test à différents traitements. Ces modèles prédictifs individuels permettront de sélectionner le traitement et le dosage induisant la meilleure réponse.
En cancérologie par exemple, la recherche en bio-impression 3D œuvre à recréer la tumeur d’un patient dans son environnement tissulaire, afin de tester différentes chimiothérapies et isoler la plus efficace.Ces modèles de tissu seront aussi utilisés en routine par l’industrie pharmaceutique afin d’évaluer précocement l’efficacité et/ou la toxicité de nouvelles molécules sur les cellules humaines, en particulier celles du foie. En effet, la moitié des médicament en devenir sont écartées lors de la 1ere phase d’essai sur l’homme, qui intervient après les phases d’études sur animaux, après en moyenne 3 ans et 4 millions de dollars de dépense . Ainsi, grâce aux résultats précoces que fourniront les tests sur tissus humains imprimés, ce temps de développement et ces dépenses seront largement réduites.La société californienne Organovo commercialise déjà des cellules hépatiques humaines imprimées, destinées à tester de nouvelles molécules. Il y a fort à parier que dans le futur, les laboratoires pharmaceutiques se doteront de ce savoir faire en interne.
La bio-impression de peau
Anthony Alata du Wake Forest School of Medicine aux USA a développé une imprimante capable d’imprimer de la peau in vivo, c’est-à-dire directement sur l’organisme.Le dispositif est capable de scanner la plaie et de déterminer le type et le nombre de couches de cellules de peau à récréer. L’expérimentation a aujourd’hui permis d’imprimer un lambeau de peau de 10 cm sur un porc. L’armée américaine finance aujourd’hui ces recherches et projette d’utiliser ces dispositifs d’impression directement sur les zones de guerres.
L’aube de la médecine régénérative
Vers l’autogreffe d’organes imprimés ?
Actuellement dans le monde, environ 124 000 personnes attendent un don d’organes et en moyenne 21 personnes en attente de transplantation meurent chaque jour.
Un des objectifs de la médecine régénérative est de permettre la genèse d’organes de remplacement pour les patients à partir de leurs propres cellules. La bio-impression 3D de greffons individualisés permettrait de s’affranchir des aléas du don et de minimiser les risques de rejet.
Cependant, il est aujourd’hui possible d’imprimer des parties constitutives d’organes humains, comme du tissus hépatique ou rénal mais il ne s’agit pas pour l’instant de l’organe fonctionnel entier
La société californienne Organovo a réussi l’exploit d’imprimer une partie de foie capable de synthétiser du cholestérol et de l’albumine et d’intégrer l’activité de l’enzyme de détoxification de l’organisme, le Cytochrome P450.
Les avancées vers l’impression d’organes complexes
Jusqu’à présent l‘obstacle majeurs à la réalisation d’organes complexes résidait dans l’incapacité d’imprimer les capillaire sanguins nécessaires à l’apport d’oxygène et de nutriments. Ce frein est en passe d’être levé grâce à l’aboutissement des recherches du Wyss Institute (Harvard) et du Wake Forest Institute ayant tout deux des résultats très encourageants concernant la bio-impression de vaisseaux sanguins.Le Dr Atala (Wake Forest Institute) à propos du Bioprinter ITOP:
C’est la première imprimante 3D capable de produire à large échelle, des tissu implantables sur l’homme. Une fois imprimée, une structure peut être conservée plusieurs semaines avant implantation.
Le premier organe fonctionnel implanté chez la souris
La Start up Russe 3DBio a réussi l’exploit technique d’imprimer et d’implanter une glande thyroïde fonctionnelle chez la souris. Ce succès est une première et ouvre la voie vers l’impression d’organes plus complexes.En somme, la médecine régénérative qui proposera le remplacement d’organes à la façon de pièces détachées automobiles ne verra le jour que dans 20 à 30 ans. Plusieurs décennies seront en effet nécessaires afin de franchir les barrières scientifiques, techniques ….et éthiques.
Mais la greffe d’organe sera-t-elle la solution ultime en médecine régénératrice ? Rien n’est moins sûr, car nous sommes rentrés parallèlement dans l’ère des nanobots ! Ces nano robots seraient d’ici 30 à 40 ans, capables de circuler dans notre corps pour y réparer les dysfonctionnements et dommages causés par le temps… Affaire à suivre..