Constructions tissulaires vascularisées épaisses imprimées en 3D pour l’ingénierie des organes et la médecine régénérative

Les progrès dans les tests de médicaments et la médecine régénérative pourraient grandement bénéficier de tissus humains conçus en laboratoire et construits avec une variété de types de cellules avec une architecture 3D précise. Mais la production de tissus humains de taille supérieure au millimètre a été limitée par le manque de méthodes de construction de tissus avec des réseaux vasculaires essentiels à la vie intégrés.

Des recherches multidisciplinaires à l’Institut Wyss ont conduit au développement d’une méthode de bioprinting 3D multi-matériaux qui génère des tissus vascularisés composés de cellules humaines vivantes qui sont près de dix fois plus épaisses que les tissus précédemment conçus et qui peuvent maintenir leur architecture et leur fonction pendant plus de six semaines. La méthode utilise un moule en silicone imprimé personnalisable pour loger et aplatir le tissu imprimé sur une puce. À l’intérieur de ce moule, une grille de canaux vasculaires plus grands contenant des cellules endothéliales vivantes dans de l’encre de silicone est imprimée, dans laquelle une encre autoportante contenant des cellules souches mésenchymateuses vivantes (CSM) est superposée dans un travail d’impression séparé. Après l’impression, un liquide composé de fibroblastes et de matrice extracellulaire est utilisé pour remplir les régions ouvertes de la construction, en ajoutant un composant de tissu conjonctif qui réticuleet stabilise davantage l’ensemble de la structure.

La structure des tissus mous qui en résulte peut être immédiatement perfusée avec des nutriments ainsi que des facteurs de croissance et de différenciation via une seule entrée et sortie aux extrémités opposées de la puce qui se connectent au canal vasculaire pour assurer la survie et la maturation des cellules. Dans une étude de preuve de principe, des constructions tissulaires bioprintées d’un centimètre d’épaisseur contenant des CSM de moelle osseuse humaine entourées de tissu conjonctif et supportées par un système vasculaire artificiel doublé d’endothélium ont permis la circulation des facteurs de croissance osseuse et, par la suite, l’induction du développement osseux.

Cette approche innovante de bioprinting peut être modifiée pour créer divers tissus 3D vascularisés pour la médecine régénérative et les essais de médicaments. L’équipe de Wyss étudie également l’utilisation de la bioprinting 3D pour fabriquer de nouvelles versions des organes de l’Institut sur des dispositifs à puces, ce qui rend leur processus de fabrication plus automatisé et permet le développement de dispositifs microphysiologiques de plus en plus complexes. Cet effort a abouti au premier organe entièrement imprimé en 3D sur une puce – un cœur sur une puce – avec capteurs de contrainte souples intégrés.