Des chercheurs de l’université du Minnesota ont imprimé en 3D une pompe cardiaque humaine fonctionnelle à l’échelle centimétrique, une innovation qui améliorera la recherche sur les maladies du coeur.
Dans le passé, les scientifiques ont essayé d’imprimer en 3D des cellules du muscle cardiaque (appelées ardiomyocytes), qui étaient dérivés de ce que l’on appelle des cellules souches humaines pluripotentes. Ce sont des cellules qui ont le potentiel de se développer en n’importe quel type de cellule dans le corps. L’idée était de reprogrammer ces cellules souches en cellules de muscle cardiaque avant de les imprimer en 3D pour obtenir une structure tridimensionnelle, appelée matrice extracellulaire. Le problème avec cette méthode était qu’il n’était pas possible d’atteindre une densité cellulaire critique pour que les cellules du muscle cardiaque puissent réellement fonctionner.
Après avoir inversé le processus…
« Au début, nous avons essayé l’impression 3D des cardiomyocytes, et nous avons échoué aussi », a déclaré Brenda Ogle, chercheuse principale de l’étude et directrice du département d’ingénierie biomédicale de l’université du Minnesota College of Science and Engineering. « Donc, avec l’expertise de notre équipe dans la recherche sur les cellules souches et l’impression 3D, nous avons décidé d’essayer une nouvelle approche. Nous avons optimisé l’encre spécialisée fabriquée à partir de protéines de la matrice extracellulaire, combiné l’encre avec des cellules souches humaines et utilisé l’encre plus les cellules pour imprimer en 3D la structure chambrée. Les cellules souches ont d’abord été développées à des densités cellulaires élevées dans la structure, puis nous les avons différenciées en cellules du muscle cardiaque ».
Pour la toute première fois, elles ont pu atteindre l’objectif d’une densité cellulaire élevée en moins d’un mois pour permettre aux cellules de battre ensemble, comme un cœur humain.
« Après des années de recherche, nous étions prêts à abandonner et alors deux de mes étudiants en doctorat de génie biomédical, Molly Kupfer et Wei-Han Lin, ont suggéré que nous essayions d’abord d’imprimer les cellules souches », a déclaré Ogle, qui est également directeur de l’Institut des cellules souches de l’Université du Minnesota. « Nous avons décidé de faire un dernier essai. Je n’arrivais pas à y croire quand nous avons regardé la boîte dans le laboratoire et que nous avons vu le tout se contracter spontanément, de manière synchrone et capable de déplacer le fluide ».
Selon la scientifique principale, ces cellules du muscle cardiaque fonctionnent de manière à ce que les cellules puissent s’organiser et travailler ensemble. Avec une longueur d’environ 1,5 centimètre, le modèle de muscle cardiaque peut s’insérer dans la cavité abdominale d’une souris pour une étude plus approfondie.
« Nous avons maintenant un modèle pour suivre et tracer ce qui se passe au niveau cellulaire et moléculaire dans la structure de la pompe qui commence à se rapprocher du cœur humain », a déclaré M. Ogle. « Nous pouvons introduire des maladies et des dommages dans le modèle et ensuite étudier les effets des médicaments et autres thérapies. »
L’étude complète peut se lire sur Science Daily.
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