La bio-impression (également connue sous le nom de bio-impression 3D) est une combinaison d’impression 3D et de biomatériaux pour reproduire des pièces qui imitent les tissus, les os et les vaisseaux sanguins naturels du corps. Elle est principalement utilisée dans le cadre de la recherche sur les médicaments et, plus récemment, comme échafaudage cellulaire pour aider à réparer les ligaments et les articulations endommagés. La bio-impression est utilisée en médecine depuis 2007 environ et a été employée pour aider à étudier ou à recréer presque tous les tissus, cartilages et organes du corps.
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Comment fonctionne la bio-impression
Une imprimante 3D est capable de donner de la profondeur à tout ce qu’elle imprime. Une bio-imprimante y parvient en distribuant des biomatériaux comme des cellules vivantes, de la colle synthétique et des échafaudages de collagène en couches pour créer un objet. Ce processus est appelé fabrication additive : les matériaux introduits dans l’imprimante sont solidifiés à leur sortie pour créer un objet 3D.
Mais ce n’est pas aussi simple que de mettre des matériaux dans une imprimante 3D et d’appuyer sur un bouton. Pour passer à l’étape de la fabrication additive, l’imprimante doit recevoir un plan, c’est-à-dire une image générée par ordinateur de ce qu’elle essaie de créer. Ensuite, les matériaux que vous souhaitez utiliser pour l’objet sont introduits dans l’imprimante. L’imprimante lit le fichier numérique que vous lui avez fourni tout en imprimant les matériaux que vous lui avez fournis en couches pour recréer l’objet souhaité. Chaque couche va refroidir et coller aux autres (grâce au collagène, à la colle ou, dans certains cas, aux cellules elles-mêmes), créant ainsi une pièce solide et stable.
Pour que les cellules vivantes (communément appelées bio-encres) puissent alimenter une bio-imprimante, les chercheurs peuvent emprunter plusieurs voies. Tout d’abord, elles peuvent être prélevées directement sur le patient pour lequel elles sont bio-imprimées. Ou, si elles sont utilisées à des fins de recherche ou dans les cas où il n’est pas possible d’utiliser les propres cellules du patient, des cellules souches adultes peuvent être utilisées, car elles peuvent être manipulées pour obtenir le type de cellules nécessaires à la bio-impression afin de recréer des tissus.
Le plan utilisé par une bio-imprimante est souvent un scan du patient. Cela permet à la bio-imprimante de recréer le tissu en se référant au scan et en utilisant des couches fines et précises afin de construire ou d’imprimer le tissu.
Bio-impression sur puce
L’une des applications actuelles de la bio-impression 3D dans les communautés scientifiques et médicales est la médecine régénératrice. À l’ Institut Wyss de Harvard, des chercheurs ont développé une bio-imprimante 3D capable de produire des tissus vascularisés à partir de cellules humaines vivantes, qui sont imprimés sur une puce. Ils utilisent ce tissu sur une puce pour le connecter à un canal vasculaire, ce qui permet aux chercheurs de donner aux tissus des nutriments pour surveiller la croissance et le développement.
La capacité de faire pousser des tissus sur une puce permet aux chercheurs d’étudier de nouvelles techniques en médecine régénérative ainsi que dans les tests de médicaments. En utilisant une bio-imprimante 3D, les chercheurs peuvent également étudier différentes méthodes de création de puces. L’une des réalisations a été de créer un cœur sur une puce, avec des capteurs à des fins de recherche et de collecte de données. Cela aurait pu nécessiter auparavant des tests sur les animaux ou d’autres mesures.
Bio-impression et greffes osseuses
En ce qui concerne la pratique médicale, il reste encore beaucoup à apprendre et à tester pour créer des organes bio-imprimés à l’échelle humaine. Mais des progrès considérables sont réalisés, notamment dans le domaine de la greffe osseuse pour résoudre les problèmes des os et des articulations qui les entourent.
Les progrès les plus notables proviennent des chercheurs de l’université de Swansea, au Pays de Galles. Les bio-imprimantes de l’équipe peuvent créer des matériaux osseux artificiels aux formes spécifiques requises en utilisant un matériau régénératif et durable. Des chercheurs de l’AMBER Science Foundation Ireland et du Trinity College de Dublin, en Irlande, ont créé un processus pour soutenir la bio-impression 3D de matériaux osseux afin de remédier aux défauts causés par les résections tumorales , les traumatismes et les infections, ainsi qu’aux déformations osseuses génétiques.
L’ Université de Nottingham, en Angleterre, a également fait des progrès dans ce domaine de la médecine, en bioimprimant une copie de l’os qu’elle remplace et en l’enrobant de cellules souches. L’échafaudage est placé à l’intérieur du corps. Au fil du temps, avec l’aide des cellules souches, il est complètement remplacé par un nouvel os.
Bio-impression et régénération de la peau et des tissus
La peau est un domaine médical qui connaît un grand succès grâce à la bio-impression, car la machine est capable de superposer les couches au fur et à mesure de l’impression. La peau étant un organe multicouche, composé de différentes cellules au sein de chaque couche, les chercheurs espèrent qu’au fil du temps, la bio-impression pourra aider à reproduire les couches de la peau telles que le derme et l’épiderme .
Des chercheurs de la Wake Forest School of Medicine en Caroline du Nord étudient de près cette question chez les victimes de brûlures qui n’ont pas suffisamment de peau intacte à prélever pour aider au traitement et à la cicatrisation des plaies. Dans ce cas, la bio-imprimante obtiendrait les informations sur la plaie du patient à partir d’un scanner (y compris la profondeur et les types de cellules nécessaires) afin de contribuer à créer une nouvelle peau qui pourrait ensuite être utilisée sur le patient.
À l’Université d’État de Pennsylvanie , les chercheurs travaillent sur la bio-impression 3D qui peut créer du cartilage pour aider à réparer les tissus des genoux et d’autres zones généralement usées par l’usure du corps, ainsi que la peau et d’autres tissus du système nerveux essentiels à la santé des organes.
Bio-impression des vaisseaux sanguins
La capacité de recréer des vaisseaux sanguins à l’aide d’une bio-imprimante est utile non seulement pour pouvoir les transplanter directement chez un patient, mais aussi pour les tests de médicaments et la médecine personnalisée . Des chercheurs du Brigham and Women’s Hospital ont réalisé des progrès dans ce domaine de la médecine en imprimant des fibres d’agarose qui servent de vaisseaux sanguins. Les chercheurs ont découvert que ces vaisseaux sanguins bio-imprimés sont suffisamment solides pour se déplacer et former des réseaux plus larges, plutôt que de se dissoudre autour d’une structure existante.
Un mot de Health Life Guide
Les recherches issues de la bio-impression sont fascinantes et, même si de grandes avancées ont été réalisées en matière de connaissances et de gains grâce à la capacité de bio-imprimer des os, de la peau, des vaisseaux sanguins, du cartilage et même des organes, il reste encore beaucoup de progrès à faire avant que bon nombre de ces pratiques ne soient adaptées à la médecine.
Certains d’entre eux seront peut-être prêts plus tôt que d’autres. Dans le cas de la bio-impression et de la peau, les chercheurs espèrent pouvoir mettre au point la science d’ici cinq ans pour les soldats qui souffrent de graves brûlures au combat. D’autres domaines de la bio-impression, comme la recréation d’organes destinés aux humains, ont encore du chemin à parcourir.
Lorsqu’il s’agit d’imiter les processus du corps et d’observer l’interaction de certains médicaments au sein du système plus vaste du corps, la bio-impression a ouvert des portes dans la collecte de données ainsi que des moyens non invasifs pour voir comment le corps humain interagit avec certaines substances, ce qui pourrait conduire à une médecine plus personnalisée pour les patients et à moins d’effets secondaires.