Dans le laboratoire de bio-impression 3D à l’Université de médecine d’Innsbruck, les chercheurs travaillent sur la production de tissus humains pouvant être construits à l’aide de bio-imprimantes 3D. La réplication de tissus humains permet de simuler et d’étudier des maladies.
Plus récemment, l’équipe de recherche a réussi à développer un modèle de microenvironnement tumoral 3D qui peut être utilisé pour étudier le développement de tumeurs et l’efficacité de médicaments anticancéreux en temps réel dans des tissus humains répliqués.
Microfluidique
Le modèle de microenvironnement tumoral 3D est une combinaison de tissu vascularisant complexe et d’une puce fluidique. La puce mesure 28 sur 21 millimètres et fonctionne selon les principes de la microfluidique, qui traite du comportement des liquides et des gaz dans de très petits espaces. Cela peut différer considérablement du comportement des fluides macroscopiques, car des effets peuvent dominer à cette échelle qui sont souvent négligés en mécanique des fluides classique.
Voici une vidéo parlant de ce microenvironnement en vidéo :
Des dispositifs microfluidiques de ce type sont déjà utilisés dans le domaine de la culture cellulaire, mais ils ne comportent généralement qu’une seule couche cellulaire. Mais le tissu de l’entreprise basée à Innsbruck est imprimé jusqu’à une épaisseur de trois millimètres et, comme dans le corps humain, un réseau capillaire dense en trois dimensions se développe en son sein.
Fabrication standardisée
La réplique de tissu humain consiste en un hydrogel tridimensionnel construit couche par couche avec des cellules dans la bio-imprimante 3D. Pour le nouveau modèle de microenvironnement tumoral 3D, le tissu humain répliqué est imprimé directement sur la puce fluidique en plexiglas, où il se développe ensuite naturellement et par lui-même.
Cela crée des conditions quasi réelles qui permettent une exploration détaillée en temps réel de la façon dont la tumeur manipule et utilise son environnement à son propre avantage. L’équivalent dérivé de tissus humains peut être produit de manière standardisée, ce qui permet de remplacer l’expérimentation animale. Une demande de brevet a été déposée pour ce modèle 3D de microenvironnement tumoral.
Connecter la puce et le tissu
Avant l’impression, des canaux fins sont gravés au laser dans le plexiglas de la puce afin que les canaux fins dans le tissu vasculaire complexe puissent être connectés directement à la puce. Le tissu a alors besoin de trois semaines pour se développer et mûrir. Les cellules en son sein utilisent ce temps pour s’organiser. Cela modifie également le volume du tissu et il pourrait se détacher du plastique au cours du processus.
Pour éviter cela, les chercheurs ont développé une conception spéciale qui verrouille le tissu et la puce. Cela permet au tissu vivant de rester stable et ancré pendant des semaines, explique le responsable du laboratoire et microbiologiste Michael Außerlechner, décrivant la technologie innovante.
Réseau capillaire
Les chercheurs ont également réussi à générer de fins capillaires ressemblant à des vaisseaux sanguins avec la bio-imprimante pour alimenter toutes les cellules du modèle tissulaire. Les vaisseaux ont un diamètre d’environ 0,3 millimètre et forment les principales voies d’approvisionnement dans le modèle tissulaire.
De fins capillaires sont également nécessaires pour alimenter les cellules du tissu qui sont plus éloignées de ces canaux. Les chercheurs ont également trouvé une solution à cela : ils ont développé une bioencre spéciale dans laquelle les cellules endothéliales, les cellules qui tapissent l’intérieur des vaisseaux sanguins, s’auto-organisent spontanément avec les cellules souches.
