Bien avant que l’impression 3D ne devienne une réalité, des visionnaires imaginaient déjà l’utiliser pour créer des organes sur mesure. Si nous n’en sommes pas encore au stade de la production d’organes matures, susceptibles d’être greffés à des patients dans le besoin, cette technologie est déjà utilisée pour produire des échantillons de tissus biologiques très utiles pour la recherche fondamentale.
Une équipe de l’University of New South Wales à Sydney vient de présenter un concept très intéressant qui permettrait d’utiliser cette approche dans un contexte clinique ; ils ont conçu un système capable d’imprimer des biomatériaux en 3D directement à l’intérieur du corps humain.
Le dispositif, baptisé F3DB, se présente comme un petit bras robotique qui ressemble à un endoscope. Il est muni de muscles artificiels qui lui permettent de se tordre dans n’importe quelle direction. À la fois flexible et maniable, il peut ainsi se frayer un chemin à l’intérieur d’un organe.
Une fois arrivée dans la zone ciblée, la tête peut appliquer une « bio-encre » composée de cellules vivantes, de biomatériaux divers et de facteurs de croissance (des substances organiques qui régulent la croissance et la prolifération des cellules). Tout ce matériel permet de reconstituer précisément la structure tridimensionnelle d’un tissu vivant, par exemple pour réparer une lésion sur un organe interne.
Ces bio-encres sont des substances fascinantes en elles-mêmes. Il s’agit un axe de recherche extrêmement dynamique, car ce sont des matériaux très intéressants en recherche fondamentale. Ils peuvent aussi servir en médecine régénérative clinique. Dans ce contexte, appliquer une bio-encre sur un tissu revient à poser une sorte de pansement organique à base de cellules souches.
Une technique peu invasive
Mais ce n’est pas l’objet de ces travaux ; la star de l’étude, c’est bien le système d’impression. Car si ces soupes biologiques sont déjà d’actualité, les applications cliniques restent pour le moment assez limitées (voir ce papier de recherche). C’est en partie parce qu’il reste de nombreux progrès à faire sur le développement de ces encres, mais aussi à cause des machines qui servent à réaliser ces bio-impressions en 3D. Elles sont généralement très encombrantes, et pas du tout adaptées lorsqu’il s’agit de travailler à l’intérieur d’un organisme.
« Les techniques de bio-impression 3D existantes produisent des biomatériaux à l’extérieur du corps, et pour les implanter, il faut avoir recours à une intervention chirurgicale ouverte qui augmente les risques d’infection », explique Thanh Nho Do, chercheur à l’UNSW et auteur principal de ces travaux.
Il existe bien quelques prototypes de petite taille, mais ils sont tous trop rigides ou trop peu maniables pour être raisonnablement utilisés dans le corps humain. Le concept de l’UNSW est la première preuve de concept susceptible d’y parvenir.
« Notre bio-imprimante 3D permet d’acheminer ces matériaux directement vers le tissu ciblé. Elle peut imprimer des biomatériaux complexes de différentes tailles et formes dans des zones difficiles d’accès avec une approche très peu invasive », explique le Dr Do.
Une fois chargé avec une bio-encre adaptée, ce dispositif pourrait donc permettre de soigner des blessures comme des lésions de l’estomac ou du côlon avec un minimum de dégâts. À ce titre, il existe un parallèle évident avec la cœlioscopie. C’est une technique chirurgicale qui consiste à opérer directement à l’intérieur de l’abdomen à travers de toutes petites incisions avec l’aide d’une caméra. La différence, c’est qu’une imprimante de ce genre pourrait même accéder à la paroi interne des organes sans lésion supplémentaire.
Les premiers tests in-vivo arrivent
Les premiers tests réalisés sur des colons artificiels et des organes de porc se sont révélés concluants. Après une semaine, les chercheurs ont observé que la grande majorité des cellules ainsi imprimées étaient toujours vivantes et en bonne santé.
De plus, elles étaient bien intégrées au tissu ciblé. C’est un progrès considérable par rapport aux techniques existantes. Car en imprimant un tissu à l’extérieur du corps avant de le greffer, il arrive qu’il ne corresponde pas parfaitement à celui de l’organe ciblé, ce qui pose des problèmes de cicatrisation.
Et ce dispositif pourrait même se trouver d’autres applications. Selon les chercheurs, il est possible de le convertir en un véritable couteau suisse pour chirurgien digestif. Il suffirait pour cela de remplacer la tête d’impression par une petite pompe à sérum physiologique et d’y installer d’autres éléments, comme un scalpel et une caméra miniature. On obtiendrait alors un instrument de cœlioscopie tout-en-un capable de réaliser des opérations très précises, comme retirer des tumeurs particulièrement difficiles d’accès.
Forts de ce succès, les auteurs vont prochainement commencer une série de tests in vivo sur des animaux anesthésiés. Ils pourront ainsi étudier la viabilité du système en conditions réelles. Les chercheurs estiment qu’en cas de succès, cette technologie pourrait arriver à maturité assez vite, potentiellement d’ici cinq à sept ans.
Le texte de l’étude est disponible ici.
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