De nos jours, il y a de plus en plus de demandes de tissus artificiels pour remplacer ceux qui ont été endommagés afin de restaurer les fonctions des organes. Au cours de la dernière décennie, des techniques de bio-impression 3D ont été utilisées pour fabriquer des échafaudages de tissus pour des applications biomédicales et d’ingénierie tissulaire. Cette approche consiste généralement à déposer un bioink sur une surface pour produire des structures 3D avec les formes souhaitées pour former des organes et des tissus, y compris leurs système vasculaire qui joue un rôle essentiel dans le transport de l’oxygène et des nutriments dans tout le corps. Un bioink est essentiellement un hydrogel contenant des cellules vivantes, des biomatériaux et d’autres suppléments de croissance. Il imite la matrice extracellulaire du tissu souhaité et soutient la croissance des cellules.

Malgré les progrès réalisés dans la fabrication de tissus 3D, le défi principal a été de maintenir des niveaux d’oxygène suffisants dans tout le tissu modifié pour favoriser la survie, la croissance et le fonctionnement des cellules. Les chercheurs ont tenté de résoudre ce problème en incorporant des biomatériaux libérant de l’oxygène, mais ceux-ci ne fonctionnent généralement pas assez longtemps et sont parfois toxiques pour les cellules car ils produisent des molécules telles que le peroxyde d’hydrogène ou d’autres espèces réactives de l’oxygène. Il est nécessaire d’élaborer une méthode permettant une libération prolongée d’oxygène à partir des tissus artificiels.

Pour répondre à ce besoin, des chercheurs ont développé une méthode de bio-impression 3D à base d’algues pour incorporer des motifs vasculaires dans des tissus modifiés et fournir une source durable d’oxygène pour les cellules humaines dans les tissus. Plus précisément, ils ont utilisé des algues vertes unicellulaires photosynthétiques appelées Chlamydomonas reinhardtii. Cette stratégie symbiotique est aussi au profit des algues, ces dernières ont besoin du dioxyde de carbone libéré par les cellules humaines environnantes pour leur croissance.
La première étape était la bio-impression 3D des algues. Les chercheurs ont encapsulé C.reinhardtii dans un bioink composé principalement de cellulose (le principal composant structurel des plantes) des algues et des champignons. La bioink a été chargée dans une seringue équipée d’une aiguille, et la bio-impression a été réalisée, à l’aide d’une bio-imprimante.

Ensuite, les chercheurs ont intégré à la fois les algues bio-imprimées et les cellules d’origine hépatique humaine dans une matrice d’hydrogel 3D. Les C.reinhardtii bio-imprimées libèrent donc de  l’oxygène par photosynthèse et améliorent la viabilité et les fonctions des cellules humaines. Ces cellules, désormais à forte densité, produisent des protéines spécifiques du foie. Ceci était un phénomène très difficile à obtenir auparavant.
Enfin, les chercheurs ont utilisé la cellulase pour dégrader la bioink (faite à base de cellulose), puis ont rempli les microcanaux creux laissés par des cellules vasculaires humaines pour créer un réseau vasculaire dans le tissu hépatique.

Il s’agit d’une étape cruciale vers la création de tissus viables et fonctionnels. En fin de compte, les tissus vascularisés et oxygénés en 3D ont un potentiel dans le domaine de la régénération tissulaire chez l’homme. Ces tissus pourraient également être utilisés pour le dépistage, le développement de médicaments, l’étude des mécanismes des maladie et éventuellement pour la médecine si des cellules spécifiques au patient sont utilisées.

Article écrit par Nour El Ghazal

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• Source photographique : https://pixabay.com/fr/photos/fleur-d-eau-d-algues-4402812/