La pénurie de dons d’organes est un des problèmes les plus importants de la médecine de transplantation. Chaque année, des milliers de personnes attendent de recevoir un organe comme un cœur, un poumon, un rein ou un foie qui pourrait leur sauver la vie. La triste réalité est qu’une minorité d’entre eux seulement recevront une greffe. Quelle pourrait être la solution pour pallier ce manque d’organes? Pourrait-on fabriquer un organe sur mesure pour tous·tes ces patient·e·s? C’est l’idée qui a inspiré le développement de la bio-impression 3D.

C’est quoi la bio-impression 3D?

La bio-impression 3D est une branche de la médecine régénérative, qui a un fonctionnement analogue à l’impression 3D classique. Il s’agit d’utiliser une machine qui dépose un filament, couche par couche, jusqu’à créer une structure en trois dimensions.

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Mais, au lieu d’utiliser un filament en plastique, en céramique ou en métal, la bio-impression utilise une “bio-encre”. C’est un matériel d’impression biologique contenant des cellules vivantes, de la matrice extracellulaire riche en eau nommée hydrogel, et des molécules stimulant la prolifération cellulaire. La bio-encre peut contenir un type cellulaire unique ou même plusieurs types cellulaires différents pour imprimer des tissus plus complexes.

Cette technologie permet la production de structures anatomiques avec une excellente précision.

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L'état actuel de cette technologie?

À ce jour, cette technologie nous permet d'imprimer et de transplanter des structures simples comme le ménisque, la vessie ou la peau. Cependant, nous ne savons pas encore comment imprimer un organe plus complexe.
Pour prendre conscience de l'ampleur du défi, nous pouvons étudier l'exemple du cœur. En effet, il faudrait réussir à répliquer non seulement la forme du cœur, mais également tout le réseau vasculaire coronarien qui permet sa perfusion. En plus de cela, il faudrait intégrer un circuit électrique qui joue le rôle du système de conduction cardiaque permettant la contraction coordonnée des cardiomyocytes. Et pour ajouter à la complexité, il faudrait assurer une innervation du système nerveux autonome qui assure la régulation des battements cardiaques.
Vous l’aurez compris, imprimer un organe entier est loin d’être une tâche facile. Cependant, si on arrive à surmonter ce défi, on aura une solution miraculeuse pour la pénurie de don d’organes.

Ce que nous savons faire actuellement, c'est bio-imprimer des organoïdes. Il s'agit d'un organe miniaturisé et simplifié créé in vitro à partir de cellules souches pluripotentes. Les organoïdes sont surtout utilisés dans le domaine de la recherche, notamment en pharmacologie. En effet, il est possible d'imprimer du tissu rénal et de tester la néphrotoxicité des médicaments là-dessus. On peut également bio-imprimer du tissu hépatique et étudier l'effet de la substance sur le foie.

Rappelons tout de même que l'invention des organoïdes a précédé l’invention de la bio-impression 3D.
Initialement, les organoïdes étaient fabriqués manuellement en laboratoire. Le problème avec cette technique, c’est qu’elle est chronophage et souffre d’une variabilité importante entre les différents échantillons d’organoïdes produits.

L’avantage de la bio-impression, c’est qu’elle permet d’automatiser le processus de fabrication tout en assurant une qualité plus homogène et un meilleur débit de production. Cela permet de réduire les coûts des études utilisant cette technologie, tout en garantissant une meilleure reproductibilité.
Elle offre également plus de liberté dans la création de l’organoïde. Matthias Lütolf, professeur à l’Institut de Bio-ingénierie de l’EPFL, nous indique que la "bio-impression [...] permet de déposer des cellules n’importe où dans un espace 3D. Vous pouvez ainsi agencer des cellules dans une configuration de type organe comme un tube", ce qui nous permet de répliquer la structure typique des intestins ou des voies respiratoires. Cela n’était pas possible avec la fabrication manuelle: les cellules souches avaient tendance à fusionner et formaient des sphères, d’où l’impossibilité de répliquer la structure des organes en forme de tube creux.
Ainsi, la bio-impression a permis une avancée considérable dans le domaine de la recherche. En outre, l'impression d'organoïdes constitue un premier pas vers un futur où il serait possible d'imprimer des organes sur mesure pour la transplantation.

Take home message

En somme, la bio-impression est une technologie novatrice qui a le potentiel de révolutionner la médecine régénérative. Mais, on a encore beaucoup de progrès à faire avant de pouvoir fabriquer un véritable organe fonctionnel prêt pour la transplantation.

Bibliographie

Murphy, S., Atala, A. 3D bioprinting of tissues and organs. Nat Biotechnol 32, 773–785 (2014).

Horejs, C. Bioprinted mini kidneys. Nat Rev Mater 6, 6 (2021).

Lawlor, K.T., Vanslambrouck, J.M., Higgins, J.W. et al. Cellular extrusion bioprinting improves kidney organoid reproducibility and conformation. Nat. Mater. 20, 260–271 (2021).

La science face au manque d’organes - Centre de transplantation d'organes - CHUV

Une nouvelle méthode pour imprimer des organes - EPFL

TED-Ed: How to 3D print human tissue - Taneka Jones
TED-Ed: Printing a human kidney - Dr Anthony Atala

What 3D Bioprinting Is and How It Works
3D-printed organs: The future of transplantation | CNN
Doctors Transplant Ear of Human Cells, Made by 3-D Printer - NY Times

 

 

 

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