Étape par étape, Pankaj Karande a fait des progrès constants dans la création de greffes de peau qui sont beaucoup plus proches de ce que le corps humain produit lui-même et plus susceptibles d’être intégrées et acceptées par le corps d’un patient.
Dans le développement le plus récent discuté dans un article de Tissue Engineering, Karande, professeur associé de génie chimique et biologique à l’Institut polytechnique de Rensselaer, et l’équipe de son laboratoire à Rensselaer, en collaboration avec la Yale School of Medicine, ont mis au point un moyen d’utiliser l’impression 3D pour incorporer des vaisseaux sanguins dans la peau vivante qu’ils produisent. « C’était une grande percée », a déclaré Karande.
Bioprinting de peau
Les vaisseaux sanguins sont essentiels pour que la peau bioprinting survive. Photo : Rensselaer Polytechnic Institute Au cours de la dernière décennie, la bio-impression 3D a effectivement joué un rôle de premier plan dans l’avancement du domaine de l’ingénierie de la peau. Karande a publié l’un des premiers articles dans ce domaine, montrant que les chercheurs pouvaient fabriquer une bio-encre à partir de deux types de cellules humaines vivantes et utiliser une imprimante 3D pour produire une structure semblable à la peau. La procédure traditionnelle pour fabriquer de la peau consistait à prendre des cellules, à les mélanger avec du collagène et à les étaler en fines couches.
« On pourrait comparer cela à étaler de la confiture sur un morceau de pain en couches », a-t-il déclaré, ajoutant qu’il est très difficile de le faire manuellement, car vous travaillez avec des dizaines ou des centaines de microns qui doivent être proches des autres cellules pour une interaction normale.
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L’impression 3D a permis un placement et un arrangement précis des cellules en trois dimensions à une très petite échelle – ce matériau pouvant être 10 fois plus fin qu’un cheveu humain. « C’est le grand progrès que l’impression 3D a permis dans l’ingénierie des tissus mous », a déclaré Karande.
Bien que ce soit un « grand progrès », il y a quelques années, l’équipe a réalisé que pour que les greffons survivent sur les patients, les vaisseaux sanguins sont très critiques. A cette époque, beaucoup de travail était fait sur la combinaison de cellules endothéliales et d’autres cellules pour essayer de former des vaisseaux sanguins, mais les méthodes disponibles ne fonctionnaient pas.
Incorporer des vaisseaux sanguins
L’équipe de Karande a décidé d’essayer de mettre des cellules, qui aident à former des vaisseaux sanguins dans un environnement où « les cellules sont heureuses, de sorte qu’elles se multiplient, se développent et commencent à former le vaisseau sanguin. »
Le test ultime était : Lorsqu’il est placé sur un os, le vaisseau sanguin se connecte-t-il réellement au vaisseau sanguin de l’hôte ? « En laboratoire, nous pouvons maintenir le greffon en vie en lui donnant des nutriments, mais une fois que nous l’avons mis sur l’os, il a besoin de ses nutriments de l’hôte », a déclaré Karande.
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La peau imprimée par l’équipe de Rensselaer a été greffée sur un type spécial de souris par l’équipe de Yale. Rapidement, la peau a commencé à communiquer et à se connecter avec les propres vaisseaux de la souris. « L’intégration avec la plaie, le développement du vaisseau sanguin, les connexions avec les vaisseaux de l’hôte, la maturation du tissu dans la plaie a été pour nous un grand pas en avant », a-t-il déclaré, expliquant le processus dans une courte vidéo.
Karande a déclaré que le plus grand défi était en fait d’optimiser le système dans son ensemble après avoir optimisé les étapes en cours de route. Tout était d’égale importance : Du prélèvement des cellules chez les patients à leur isolement, en leur faisant conserver leurs propriétés biologiques, puis en faisant croître tous ces composants jusqu’à un bon nombre de cellules et une bonne densité cellulaire pour fabriquer de nouveaux composants, puis en maintenant le greffon en vie, en s’assurant qu’il est stérile, en le suturant sur la plaie d’un animal et même plus.
« Chacune de ces étapes a nécessité beaucoup d’essais. Il s’agissait donc de progrès incrémentaux à chaque étape, mais lorsque vous additionnez toutes ces étapes, vous obtenez une grande avancée », a-t-il déclaré.
CRISPR pour une meilleure greffe de peau
La prochaine grande étape consistera à travailler à une greffe préfabriquée universelle qui ne sera pas rejetée par le système immunitaire de tout patient. Personnaliser un greffon pour chaque individu en utilisant ses propres cellules récoltées pourrait prendre des semaines, voire plus, temps dont la plupart des patients ayant besoin d’une greffe ne disposent pas.
Pour créer un greffon universel, les chercheurs se préparent à travailler avec CRISPR, une technologie sophistiquée d’édition de gènes. Ils désactiveront ces marqueurs dans les cellules du greffon, qui indiquent au corps que le greffon est un corps étranger qui doit être rejeté.
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En outre, des tests à long terme doivent encore avoir lieu. L’espoir est qu’à court terme, le greffon facilite la cicatrisation et assure une protection en servant de barrière naturelle. Puis, avec le temps, les propres cellules de l’organisme prendront le relais et repeupleront le site avec ses propres cellules. En général, la peau humaine se régénère tous les 30 jours.
Après avoir réussi les premières étapes de la création de greffes de peau vivante, les bioingénieurs se préparent à créer une greffe universelle à l’aide de CRISPR. Photo : Rensselaer Polytechnic Institute À l’heure actuelle, les interventions thérapeutiques pour traiter tout type de blessure cutanée, en particulier lorsque de petits morceaux de peau sont affectés – comme les escarres, les patients diabétiques ou les victimes d’armes à feu – impliquent de prélever de la peau à un autre endroit du corps et de la greffer. Cela crée une autre plaie qui doit être traitée.
Il existe quelques produits cliniques sur le marché qui contiennent certains facteurs de croissance, mais ils sont essentiellement ce que Karande appelle des « pansements fantaisie », car ils empêchent l’exposition de la plaie à l’environnement. Sans sang et sans nutriments dans la greffe, elle finira par tomber.
Pour les grands brûlés, il reste encore du travail à faire pour s’occuper des terminaisons nerveuses et vasculaires perdues.
« En tant qu’ingénieurs travaillant à recréer la biologie, nous avons toujours apprécié et été conscients du fait que la biologie est beaucoup plus complexe que les systèmes simples que nous fabriquons en laboratoire », a déclaré Karande. « Nous avons été agréablement surpris de constater que, dès que nous commençons à nous approcher de cette complexité, la biologie prend le dessus et commence à se rapprocher de plus en plus de ce qui existe dans la nature. »
Nancy S. Giges est un rédacteur technologique basé à New York.
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