IMAGE : Des corps embryoïdes artificiels présentant différentes caractéristiques qui ont été réalisés par impression 3D. voir plus
Crédit : SUTD
Tous les humains partent d’une seule cellule qui se divise ensuite pour finalement former l’embryon. En fonction des signaux envoyés par leurs cellules adjacentes, ces cellules divisées sont ensuite développées ou différenciées en tissus ou organes spécifiques.
En médecine régénérative, le contrôle de cette différenciation en laboratoire est crucial car les cellules souches pourraient être différenciées pour permettre la croissance d’organes in vitro et remplacer les cellules adultes endommagées, en particulier celles dont les capacités de réplication sont très limitées, comme le cerveau ou le cœur.
Une approche commune adoptée par les scientifiques pour différencier les cellules souches consiste à utiliser des stimulateurs chimiques. Si cette méthode est très efficace pour fabriquer un seul type de cellules, elle n’a pas la capacité de reproduire la complexité des organismes vivants, où plusieurs types de cellules coexistent et collaborent pour former un organe.
Alternativement, inspirée du processus naturel de développement cellulaire, une autre méthode consiste à tasser les cellules souches dans de petits agrégats cellulaires, ou sphères appelées corps embryoïdes. Comme dans les embryons réels, l’interaction cellule-cellule dans les corps embryoïdes est le principal moteur de la différenciation. A partir de la production de ces corps embryoïdes, il a été constaté que des paramètres tels que le nombre de cellules, la taille et la sphéricité du corps embryoïde influençaient les types de cellules produites.
Cependant, comme les scientifiques n’ont pas été en mesure de contrôler ces paramètres, ils ont dû produire laborieusement un grand nombre de corps embryoïdes et sélectionner ceux qui présentaient les caractéristiques appropriées pour être étudiés.
Pour relever ce défi, des chercheurs de l’Université de technologie et de design de Singapour (SUTD) se sont tournés vers la fabrication additive pour contrôler la différenciation des cellules souches dans les corps embryoïdes. Leur étude a été publiée dans Bioprinting.
Adoptant une approche multidisciplinaire en combinant les domaines de recherche de la fabrication 3D et des sciences de la vie, le doctorant Rupambika Das et le professeur adjoint Javier G. Fernandez ont imprimé en 3D plusieurs dispositifs physiques à micro-échelle avec des géométries finement ajustées. Ils ont utilisé ces dispositifs pour démontrer une précision sans précédent dans la différenciation dirigée des cellules souches par la formation de corps embryoïdes (voir image). Dans leur étude, ils ont réussi à régler les paramètres pour améliorer la production de cardiomyocytes, des cellules que l’on trouve dans le cœur.
« Le domaine de la fabrication additive évolue à un rythme inégalé. Nous voyons des niveaux de précision, de vitesse et de coût qui étaient inconcevables il y a seulement quelques années. Ce que nous avons démontré, c’est que l’impression 3D a maintenant atteint le point de précision géométrique où elle est capable de contrôler le résultat de la différenciation des cellules souches. Et ce faisant, nous propulsons la médecine régénérative pour qu’elle continue à progresser parallèlement au rythme accéléré de l’industrie de la fabrication additive », a déclaré le chercheur principal, le professeur adjoint Javier G. Fernandez, du SUTD.
« L’utilisation de l’impression 3D en biologie a été fortement axée sur l’impression de tissus artificiels à l’aide de cellules chargées, pour construire des organes artificiels « pièce par pièce ». Maintenant, nous avons démontré que l’impression 3D a le potentiel pour être utilisée dans une approche bio-inspirée dans laquelle nous pouvons contrôler les cellules pour qu’elles se développent dans un laboratoire tout comme elles se développent in vivo « , a ajouté le premier auteur Rupambika Das, doctorant de SUTD.