Des chercheurs de l’Université de Galway ont réalisé une avancée significative dans le domaine de la bioprinting 3D en fabriquant avec succès des tissus cardiaques humains fonctionnels. Leur étude, publiée dans ‘Advanced Functional Materials’, décrit le développement d’hydrogels bioprintés qui imitent l’environnement mécanique, électrique et biochimique du cœur, une étape essentielle pour créer des tissus viables pour des applications régénératives et le développement de médicaments. La maladie cardiaque reste l’une des principales causes de mortalité dans le monde, et avec une pénurie significative de cœurs donneurs, la création de tissus cardiaques fonctionnels pourrait répondre à ce besoin pressant, tout en avançant dans la recherche sur les pathologies cardiaques et en offrant une future source d’options thérapeutiques. L’approche de l’équipe reposait sur l’utilisation de techniques de bioprinting par extrusion pour créer des hydrogels structurés favorisant la croissance des cellules cardiaques. Les bioinks utilisés imitaient de près les propriétés de la matrice extracellulaire, permettant la création de constructions tissulaires démontrant à la fois intégrité mécanique et fonction biologique. Les tissus bioprintés ont montré des contractions synchronisées ainsi qu’une compatibilité avec la survie cellulaire à long terme, suggérant que la bioprinting pourrait éventuellement mener à des thérapies spécifiques aux patients pour les maladies cardiovasculaires. Le véritable exploit réside non seulement dans la capacité à reproduire les structures tissulaires du cœur, mais aussi dans l’assurance de leur fonctionnalité. Les approches conventionnelles de bioprinting se concentrent souvent sur la reproduction de la forme finale des organes, sans tenir compte des transformations dynamiques qui se produisent lors du développement embryonnaire. Par exemple, alors que le cœur commence comme un simple tube, au fil du temps, il se plie et se tord pour devenir une structure complexe à quatre chambres, ces changements de forme dynamiques jouant un rôle crucial dans la croissance et la spécialisation des cellules cardiaques. Pour améliorer les méthodes existantes, les chercheurs de Galway ont introduit une méthode de bioprinting innovante qui incorpore ces comportements essentiels de changement de forme. La Pr. Ankita Pramanick, auteur principal de l’étude et candidate au doctorat à CÚRAM, a déclaré que leur travail introduit une nouvelle plateforme, utilisant le bioprinting intégré pour bioprinter des tissus subissant des changements de forme programmables et prévisibles en 4D, entraînés par des forces générées par les cellules. Grâce à ce nouveau processus, ils ont constaté que le morphing de forme améliorait la maturité structurelle et fonctionnelle des tissus cardiaques bioprintés. Les constructions bioprintées ont été évaluées pour leur comportement contractile, leur viabilité cellulaire et leur expression moléculaire ; les résultats ont démontré que les constructions tissulaires pouvaient se contracter de manière synchrone, un signe distinctif du tissu cardiaque fonctionnel, et cette capacité est essentielle pour des applications en médecine régénérative et pour créer des modèles précis pour étudier des maladies comme les cardiomyopathies. L’étude a également montré que les forces générées par les cellules pouvaient entraîner le morphing des tissus bioprintés, l’étendue de ces transformations de forme étant influencée par des facteurs tels que la géométrie d’impression initiale et la rigidité du bioink. De plus, l’équipe de recherche a créé un modèle computationnel capable de prédire le comportement de morphing des tissus. Le Pr. Andrew Daly, professeur associé en ingénierie biomédicale et chercheur financé par CÚRAM, a déclaré que leurs recherches montrent qu’en permettant aux tissus cardiaques bioprintés de subir des changements de forme, ils commencent à battre plus fort et plus vite. La maturité limitée des tissus bioprintés a été un défi majeur dans le domaine, donc c’était un résultat passionnant pour eux. Cela leur permet de créer des tissus cardiaques bioprintés plus avancés, avec la capacité de mûrir dans un environnement de laboratoire, reproduisant mieux la structure du cœur humain adulte. Ils sont impatients de développer cette approche de morphing de forme dans leur projet de recherche en cours financé par le Conseil européen de la recherche, qui se concentre sur le bioprinting inspiré du développement. Une des applications immédiates du tissu cardiaque bioprinté est son potentiel d’utilisation dans le dépistage de médicaments. Les modèles actuels pour tester les médicaments cardiaques reposent souvent sur des tissus animaux, qui ne reproduisent pas complètement la biologie cardiaque humaine ; la capacité de produire des constructions tissulaires humaines offre une alternative plus précise et éthique, permettant aux entreprises pharmaceutiques de tester la sécurité et l’efficacité des traitements avec une plus grande précision. À long terme, cette technologie pourrait contribuer à résoudre la crise de pénurie d’organes. Bien que la bioprinting d’organes entiers reste un objectif lointain, les avancées dans la fabrication de tissus fonctionnels comme ceux-ci sont un précurseur vital. Les chercheurs soulignent que l’évolutivité et la reproductibilité seront des défis clés à mesure qu’ils avanceront, en particulier dans l’adaptation de la technologie aux applications cliniques. Malgré les résultats prometteurs, il reste des obstacles importants à surmonter avant que les tissus cardiaques bioprintés puissent être utilisés dans un cadre thérapeutique. Garantir l’intégration des constructions bioprintées avec les tissus natifs, augmenter la production pour répondre à la demande clinique et surmonter les obstacles réglementaires nécessiteront toutes des recherches et un développement supplémentaires. Le Pr. Daly a déclaré qu’ils sont encore loin de bioprinter des tissus fonctionnels qui pourraient être implantés chez l’humain, et que des travaux futurs devront explorer comment ils peuvent adapter leur approche de bioprinting à des cœurs de taille humaine. Ils devront intégrer des vaisseaux sanguins pour maintenir en vie de telles constructions larges dans le laboratoire, mais en fin de compte, cette percée les rapproche de la génération d’organes bioprintés fonctionnels, qui auraient des applications larges en médecine cardiovasculaire. En plus de développer une nouvelle plateforme de bioprinting, l’équipe a pu simuler des comportements de changement de forme à la fois au niveau cellulaire et tissulaire en utilisant des modèles qui imitent comment les fibres au sein du tissu se réarrangent. Cette capacité à concevoir, prédire et programmer le morphing de forme en 4D dans les tissus bioprintés a le potentiel de transformer l’ingénierie des organes. Au lieu de se concentrer uniquement sur la recréation de la forme finale d’un organe, cette approche met l’accent sur l’imitation des processus de développement naturel qui guident sa forme, sa structure et sa fonction. Ce changement ouvre de nouvelles possibilités passionnantes dans le bioprinting d’organes. Bien que cette étude se concentre sur le tissu cardiaque, les techniques développées ont des implications plus larges pour le domaine de la médecine régénérative. Des approches similaires pourraient être appliquées pour créer des tissus fonctionnels pour d’autres organes, ouvrant la voie à des avancées dans le traitement de maladies allant de l’insuffisance hépatique au diabète. La nature interdisciplinaire de ce travail, combinant des matériaux de pointe et des sciences biologiques, souligne le potentiel du bioprinting 3D en tant que technologie transformative dans le domaine médical. Source : https://longevity.technology/news/researchers-achieve-bioprinting-milestone-with-functional-human-heart-tissue/?utm_source=rss&utm_medium=rss&utm_campaign=researchers-achieve-bioprinting-milestone-with-functional-human-heart-tissue
Avancées dans la bioprinting 3D : Vers des traitements innovants pour les maladies cardiaques
