Peut-on déjà sauver des vies avec des organes imprimés en 3D ?

Avec des instructions détaillées, les imprimantes 3D peuvent mettre au point n’importe quel objet. Alors pourquoi ne pas créer des organes et ainsi pallier la pénurie de dons ?

imprimante 3D

Une imprimante 3D imprime le squelette d’un patient.

GARO / Phanie / AFP

Certaines personnes attendent une greffe d’organe toute leur vie. D’autres ont la chance de bénéficier d’un don de cœur, de poumons, ou d’un autre organe vital – d’autres non. Ces dernières années, l’impression 3D a permis de créer et de répliquer toutes sortes d’objets, du jouet pour enfant à la prothèse. Alors pourquoi ne pas imprimer des organes pour les personnes qui en ont besoin ? Selon les récents travaux de la Singapore university of technology and design, plusieurs obstacles de taille s’opposent à l’impression d’organes fonctionnels en 3D, même si cette technique a beacoup évolué récemment. Une étude publiée dans la revue spécialisée Progress in polymer science.

Alors que la bio-impression 3D en est encore à ses débuts, les progrès remarquables qu’elle a faits ces dernières années montre qu’il serait bien possible d’utiliser un jour des organes fonctionnels cultivés en laboratoire”, explique le professeur Chua Chee Kai, auteur principal de l’article et chercheur à la Singapore university of technology and design. Trois méthodes permettent d’imprimer des tissus vivants en 3D. La première, l’impression à jet d’encre, consiste à assembler des cellules et des gouttelettes de biomatériaux. La deuxième méthode, l’extrusion, pourrait être comparée à un dentifrice pressé en dehors d’un tube. La troisième, la bio-impression à base de lumière, consiste à solidifier un biomatériau avec de la lumière ultraviolette. Reproduire les tissus vivants, c’est possible. Les utiliser, non. “Pour repousser les frontières de la médecine, nous devons surmonter les défis techniques de la création de tissus, des bio-encres spécifiques et de l’optimisation du processus de maturation des tissus. Cela aura finalement un impact énorme sur la vie des patients, dont beaucoup peuvent dépendre de l’avenir de la bio-impression 3D“, poursuit l’auteur.

Des organes qui ne fonctionnent pas

Aujourd’hui, il est déjà possible d’imprimer des tissus biologiques, comme de la peau par exemple. En avril 2019, une équipe israélienne a même réussi à imprimer un cœur en 3D pour la première fois. Un modèle miniature, de la taille d’une cerise. Ce prototype est créé à base de collagène, un tissu présent dans toutes les cellules du corps humain, comprenait des vaisseaux, des ventricules et des chambres, comme dans un organe classique. Il n’était cependant pas capable de pomper le sang, la fonction principale du cœur. Chaque cellule du cœur miniature avait la possibilité de se contracter mais il était pour le moment impossible pour elles de le faire toutes en même temps, comme le fait naturellement un cœur vivant.

Si l’imprimante 3D arrive à imiter l’aspect des organes de façon très convaincante, il manque à l’objet l’essentiel : le fait de pouvoir fonctionner. “Avec l’avancement rapide des techniques de bio-impression 3D et de maturation tissulaire, les constructions tissulaires bio-imprimées peuvent présenter une certaine ressemblance avec les tissus et les organes humains.” Mais même les parties du corps qui semblent les plus anodines demandent de nombreux paramètres pour fonctionner correctement. “La peau humaine est considérée comme un tissu ou un organe relativement simple, mais c’est un organe très complexe qui remplit plusieurs fonctions telles que celle de barrière cutanée (qui nous protège des agents infectieux ou des allergènes par exemple, ndlr), la pigmentation de la peau pour la protection contre les rayons ultraviolets (grâce à la mélanine, qui colore la peau), la détection de contact, la régulation de la température et l’hydratation de la peau (grâce aux glandes sébacées qui produisent du sébum, ndlr).

Plusieurs parties du corps humain pourraient être imprimées en 3D dans les années à venir. Crédit photo : SUTD

Les différentes cellules ont, d’une part, des fonctions propres, et d’autres part, des fonctions à assurer avec les autres types de cellules autour d’elles. Pour l’instant, impossible de créer autant de cellules différentes en co-culture. Leur nombre est limité à trois. “Les tissus ou les organes bio-imprimés ne conviennent pas à la transplantation immédiate. Après avoir créé les tissus, il leur faut d’abord un traitement pour faire en sorte que les cellules vivantes interagissent entre elles (comme les cellules des tissus humains, ndlr), qu’elles puissent se remodeler et mûrir au sein des structures des tissus. La plupart des tissus sont habitués à l’environnement stable des laboratoires où ils sont créés en culture, alors qu’en réalité, les cellules du corps humain sont traversées sans arrêt par les dynamiques liées aux capillaires sanguins (qui les irriguent, ndlr).” À la lumière de toutes ces conclusions, les chercheurs parient sur le fait que le premier tissu ou le premier organe imprimé et transplanté chez l’Homme devrait être un morceau de cartilage ou un os. Un “support structurel” dont la fonction n’est que mécanique.

Les risques de rejet

Lors des transplantations d’organes traditionnelles, les receveurs doivent prendre des médicaments immunosuppresseurs, qui stoppent la réaction de rejet du corps déclenchée par des cellules qu’il ne reconnait pas. Avec la pénurie de donneurs, les organes artificiels créés à partir des cellules des patients représentent une solution prometteuse et permettrait, en outre, de réduire le risque de rejet, dans la mesure où le tissu n’est pas étranger à l’organisme du receveur.

Une piste particulièrement intéressante lorsqu’un organe souffre d’une maladie chronique, qui exigerait, à terme, un don d’organe. Depuis 2014, des chercheurs du Centre for Regenerative Medicine de l’Université d’Édimbourg tentent de développer un foie en tissus 3D, qui serait implantable lorsqu’un organe est défaillant. Ils ont réussi à transformer des cellules souches (des cellules programmées pour se multiplier indéfiniment) en cellules hépatiques qui peuvent être maintenues en vie en culture de laboratoire pendant au moins un an. À terme, ils aimeraient pouvoir implanter ces tissus lors d’une greffe chez un patient. Ces nouveaux tissus permettraient de venir soutenir le foie malade. Les tissus hépatiques créés en laboratoire permettraient aussi de tester des molécules de médicaments afin de vérifier qu’ils ne présentent pas une toxicité trop importante pour le foie.

Dans le cas où l’organe n’aurait pas été produit juste à côté du malade, ce qui risque d’être une situation classique, plusieurs problèmes surviennent après la transplantation. “Bien que les organes puissent être imprimés à partir de cellules souches ou de cellules primaires dans le but d’éviter la prise d’immunosuppresseurs toute la vie, la greffe d’organes imprimés par 3D doit faire face aux mêmes problèmes que les greffes d’organes traditionnels, c’est-à-dire les ischémies et les œdèmes.” Lors d’une greffe, l’organe prélevé chez le donneur n’est pas traversé par un afflux sanguin, comme c’est le cas dans le corps humain. Les cellules de l’organe greffé ne reçoivent plus d’oxygène (qui est amené par les globules rouges), ce qui entraîne un risque sur le greffon après transplantation. Des complications peuvent survenir, comme une ischémie, l’insuffisance ou l’arrêt de la circulation sanguine dans l’organe ou des œdèmes, le gonflement d’un organe dû à une accumulation de liquides. L’étude souligne l’importance d’un bon reconditionnement et d’une bonne vascularisation des organes.

Dans leur étude, les chercheurs de l’University of technology and design de Singapour passent en revue l’avancée de la science organe par organe. Ils insistent sur l’importance des progrès à faire pour pouvoir mettre au point des tissus fonctionnels. En attendant de pouvoir passer du simple stade de l’imitation du corps humain à un fonctionnement identique de notre organisme.

Certaines personnes attendent une greffe d’organe toute leur vie. D’autres ont la chance de bénéficier d’un don de cœur, de poumons, ou d’un autre organe vital – d’autres non. Ces dernières années, l’impression 3D a permis de créer et de répliquer toutes sortes d’objets, du jouet pour enfant à la prothèse. Alors pourquoi ne pas imprimer des organes pour les personnes qui en ont besoin ? Selon les récents travaux de la Singapore university of technology and design, plusieurs obstacles de taille s’opposent à l’impression d’organes fonctionnels en 3D, même si cette technique a beacoup évolué récemment. Une étude publiée dans la revue spécialisée Progress in polymer science.

Alors que la bio-impression 3D en est encore à ses débuts, les progrès remarquables qu’elle a faits ces dernières années montre qu’il serait bien possible d’utiliser un jour des organes fonctionnels cultivés en laboratoire”, explique le professeur Chua Chee Kai, auteur principal de l’article et chercheur à la Singapore university of technology and design. Trois méthodes permettent d’imprimer des tissus vivants en 3D. La première, l’impression à jet d’encre, consiste à assembler des cellules et des gouttelettes de biomatériaux. La deuxième méthode, l’extrusion, pourrait être comparée à un dentifrice pressé en dehors d’un tube. La troisième, la bio-impression à base de lumière, consiste à solidifier un biomatériau avec de la lumière ultraviolette. Reproduire les tissus vivants, c’est possible. Les utiliser, non. “Pour repousser les frontières de la médecine, nous devons surmonter les défis techniques de la création de tissus, des bio-encres spécifiques et de l’optimisation du processus de maturation des tissus. Cela aura finalement un impact énorme sur la vie des patients, dont beaucoup peuvent dépendre de l’avenir de la bio-impression 3D“, poursuit l’auteur.

Des organes qui ne fonctionnent pas

Aujourd’hui, il est déjà possible d’imprimer des tissus biologiques, comme de la peau par exemple. En avril 2019, une équipe israélienne a même réussi à imprimer un cœur en 3D pour la première fois. Un modèle miniature, de la taille d’une cerise. Ce prototype est créé à base de collagène, un tissu présent dans toutes les cellules du corps humain, comprenait des vaisseaux, des ventricules et des chambres, comme dans un organe classique. Il n’était cependant pas capable de pomper le sang, la fonction principale du cœur. Chaque cellule du cœur miniature avait la possibilité de se contracter mais il était pour le moment impossible pour elles de le faire toutes en même temps, comme le fait naturellement un cœur vivant.

Si l’imprimante 3D arrive à imiter l’aspect des organes de façon très convaincante, il manque à l’objet l’essentiel : le fait de pouvoir fonctionner.

Source: Sciencesetavenir.fr

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