Qu'est-ce que la bioimpression ?

La presse s'est beaucoup intéressée au concept d'utilisation de l'impression 3D pour fabriquer des tissus vivants, en particulier des organes transplantables. Mais comment fonctionne réellement cette nouvelle technologie, appelée « bioimpression » ?

En termes simples, la bioimpression est la pratique consistant à utiliser la technologie d'impression 3D pour générer des structures cellulaires organiques plutôt que des pièces en plastique ou en métal. Cela permet d'imprimer des tissus fonctionnels, qui peuvent ensuite être utilisés dans la recherche médicale, ou à des fins de transplantation. À long terme, à mesure que la technologie évolue, elle pourrait en effet être utilisée pour l'impression d'organes fonctionnels, à partir des propres cellules des patients transplantés afin d'éliminer potentiellement le risque de rejet d'organe.

Comme l'impression 3D « classique », la bio-impression fonctionne en construisant des structures couche par couche sur un lit d'impression. Cependant, comme le processus implique de travailler avec des tissus vivants plutôt que des métaux et des plastiques, il est fondamentalement différent à plusieurs égards. Voyons cela en détail…

Comment ça marche ?

Tous les projets de bio-impression commencent par un modèle 3D de la pièce à créer. Cela peut être généré par un scanner ou une IRM d'une partie du corps réelle, ou créé à partir de zéro via une modélisation 3D. Le modèle doit ensuite être traduit sous une forme pouvant être bio-imprimée avec succès, ce qui signifie que l'architecture du tissu doit être établie. Les cellules appropriées sont donc isolées et capturées (à partir du tissu d'origine, si possible) dans une solution spéciale qui les maintiendra en vie et oxygénées, prêtes pour l'impression. Ces solutions imprimables sont appelées « bioinks ». Comme la régénération des tissus nécessite l'utilisation d'« échafaudages » (les supports physiques nécessaires à la croissance des cellules), plusieurs de ces encres seront généralement nécessaires pour un projet de bio-impression, ce qui rend les imprimantes multi-matériaux une nécessité. Ces échafaudages pourraient être considérés comme le pendant des structures de support de l'impression 3D conventionnelle.

Un certain nombre de technologies différentes peuvent être utilisées pour convertir ces bio-encres en tissus vivants. Les premières techniques de bio-impression utilisaient une approche de style jet d'encre (nous y reviendrons plus tard), mais la stéréolithographie et les imprimantes basées sur l'extrusion ont également été utilisées avec succès. Quelle que soit la technologie utilisée, le processus d'impression doit être familier à tout professionnel de la FA :l'imprimante construit des couches du ou des matériaux choisis sur le plateau d'impression jusqu'à ce que l'ensemble du modèle 3D prenne vie.

Enfin, une fois l'impression terminée, un certain post-traitement est nécessaire afin de maintenir l'intégrité du tissu, car les cellules nouvellement imprimées ne seront pas connectées immédiatement comme elles le seraient avec du plastique ou du métal imprimé. Cela implique généralement des simulations mécaniques ou chimiques qui déclenchent le remodelage et la croissance du tissu. Un exemple plus sophistiqué de ceci implique l'utilisation de « bioréacteurs » pour encourager la croissance et la vascularisation (c'est-à-dire le développement de vaisseaux sanguins) des tissus.

La vidéo suivante donne un bon aperçu du processus de bio-impression :

Pionniers et leaders de l'industrie de la bioimpression

Les imprimantes 3D conçues pour imprimer des tissus de cette manière sont communément appelées « bioimprimantes ». La première bio-imprimante fonctionnelle a été dévoilée par le professeur Makoto Nakamura de l'Université de Toyama, qui a présenté ses capacités en imprimant un tube biologique, semblable à un vaisseau sanguin. Comme mentionné ci-dessus, cela utilisait une approche d'impression à jet d'encre (en fait, le premier prototype était basé sur une imprimante Epson modifiée !). Le professeur Nakamura a depuis poursuivi ses recherches sur les applications potentielles de la bio-impression.

Organovo est un autre leader dans le domaine de la bio-impression et a travaillé avec sa société partenaire, Invetech, pour fournir une bio-imprimante commerciale viable :la NovoGen MMX. L'approche d'Organovo pour l'impression de tissus implique une imprimante multi-têtes spécialement conçue, avec des têtes d'impression séparées pour les cellules cardiaques, les cellules endothéliales et un « biopapier » de collagène qui sert d'échafaudage.

La technologie a également attiré l'attention de l'armée américaine, qui a investi dans des recherches pour savoir si la bio-impression pourrait être utilisée pour traiter les soldats blessés. L'Institut de médecine régénérative des forces armées (AFIRM) a été créé en 2008 pour montrer la voie dans ce domaine, avec des universités, des chercheurs et des scientifiques militaires travaillant ensemble dans le cadre d'un accord de coopération.

En Allemagne, l'Institut Fraunhofer mène des recherches en cours sur l'impression d'organes entiers, à la fois à des fins de transplantation et pour éliminer le besoin d'expérimentation animale dans les environnements de recherche. En particulier, leurs chercheurs ont fait des progrès considérables dans la vascularisation des tissus bio-imprimés, travaillant en étroite collaboration avec le projet ArtiVasc 3D pour créer des vaisseaux sanguins imprimés en 3D qui fourniront aux tissus la nutrition de la même manière qu'un corps vivant.

Comme d'autres technologies d'impression 3D, la bioimpression dispose déjà de ses propres spécialistes des matériaux, qui se concentrent sur le développement de bioencres sophistiquées. Le suédois Cellink, par exemple, s'est rapidement imposé comme un leader de l'industrie à cet égard en proposant une gamme complète de bio-encres auto-créées, ainsi que la technologie nécessaire pour les utiliser.

Quelle est la prochaine étape ?

Bien que les avantages potentiels que la bio-impression puisse offrir aient certainement captivé l'imagination du public, comme pour toute nouvelle technologie, il faudra du temps pour mûrir et s'établir. Nous nous attendons à ce que la bio-impression suive un chemin similaire à celui emprunté par l'industrie naissante de la fabrication additive. Comme la technologie est de plus en plus utilisée dans des environnements « du monde réel », les premiers succès l'aideront à établir ses créneaux idéaux. À ce stade, l'accent sera mis sur l'établissement des processus et des outils complémentaires qui optimiseront ses performances.

À ce stade, les scientifiques, les médecins et les patients (ainsi que d'autres industries où la bio-impression n'a pas encore révélé ses applications potentielles) commenceront à profiter pleinement de la technologie. Le voyage là-bas sera certainement long et complexe, mais nous nous attendons à ce que les bénéfices soient énormes.