En utilisant des cellules sanguines humaines, des chercheurs brésiliens ont réussi à obtenir des organoïdes hépatiques ( » mini-foies « ) qui remplissent toutes les fonctions typiques du foie, comme la production de protéines vitales, le stockage de vitamines et la sécrétion de bile, parmi tant d’autres. Cette innovation permet la production de tissus hépatiques en laboratoire en seulement 90 jours et pourrait à l’avenir devenir une alternative à la transplantation d’organes.
L’étude a été menée au Centre de recherche sur le génome humain et les cellules souches (HUG-CELL). Hébergé par l’Université de São Paulo (USP), HUG-CELL est l’un des Centres de Recherche, d’Innovation et de Diffusion (RIDCs) financés par la Fondation de Recherche de São Paulo – FAPESP.
Une alternative à la transplantation d’organes
Cette étude a combiné des techniques de bio-ingénierie, telles que la reprogrammation cellulaire et la culture de cellules souches pluripotentes, avec la bio-impression 3D. Grâce à cette stratégie, les tissus produits par la bio-imprimante 3D ont maintenu les fonctions hépatiques plus longtemps que les autres groupes dans les études antérieures.
« D’autres étapes doivent encore être franchies avant d’obtenir un organe complet, mais nous sommes sur la bonne voie pour obtenir des résultats très prometteurs. Dans un avenir très proche, au lieu d’attendre une transplantation d’organe, il sera peut-être possible de prélever des cellules du patient et de les reprogrammer pour en faire un nouveau foie au laboratoire. Un autre avantage important est la probabilité zéro de rejet, étant donné que les cellules proviennent du patient », a déclaré Mayana Zatz, directrice de HUG-CELLL et dernière auteur de l’article publié dans Biofabrication.
La partie innovante de l’étude résidait dans la façon dont les cellules étaient incluses dans l’encre biologique utilisée pour produire les tissus dans l’imprimante 3D. « Au lieu d’imprimer des cellules individualisées, nous avons développé une méthode pour les regrouper avant l’impression. Ces » amas » de cellules, ou sphéroïdes, sont ce qui constitue le tissu et maintiennent sa fonctionnalité beaucoup plus longtemps », a déclaré, chercheur postdoctoral à l’Institut des biosciences de l’USP et premier Ernesto Goulart auteur de cet article.
Les chercheurs ont ainsi évité un problème auquel sont confrontées la plupart des techniques de bio-impression des tissus humains, à savoir la perte progressive de contact entre les cellules et donc la perte de fonctionnalité des tissus.
La formation de sphéroïdes dans cette étude s’est déjà produite dans le processus de différenciation, lorsque des cellules pluripotentes ont été transformées en cellules tissulaires hépatiques (hépatocytes, cellules vasculaires et cellules mésenchymateuses). « Nous avons commencé le processus de différenciation avec les cellules déjà regroupées. Elles étaient cultivées en agitation et les groupes se formaient spontanément », a dit Goulart à Agência FAPESP.
Un foie en 90 jours
Selon les chercheurs, le processus complet, du prélèvement du sang du patient à la production de tissus fonctionnels, prend environ 90 jours et peut être divisé en trois étapes : différenciation, impression et maturation.
Dans un premier temps, les cellules sanguines sont reprogrammées pour revenir à un stade de pluripotence caractéristique des cellules souches, devenant ainsi des cellules souches pluripotentes induites (iPSCs).
L’étape suivante consiste à induire la différenciation en cellules hépatiques. Les sphéroïdes sont ensuite mélangés avec de la bio-encre, un fluide de type hydrogel, puis imprimés. Les structures qui en résultent mûrissent en culture pendant 18 jours.
« Le procédé d’impression implique le dépôt de sphéroïdes le long de trois axes, ce qui est nécessaire pour que le matériau gagne du volume et donne au tissu le soutien nécessaire », explique M. Goulart. « L’encre gélifiée est réticulée pour rendre les structures plus rigides afin qu’elles puissent être manipulées et même suturées. »
La plupart des méthodes disponibles pour l’impression de tissus vivants utilisent l’immersion et la dispersion cellulaire dans un hydrogel pour récapituler le microenvironnement et assurer la fonctionnalité des tissus. Toutefois, des expériences ont montré que la perte de contact et de fonctionnalité des cellules tend à se produire lorsque la dispersion est effectuée cellule par cellule.
« C’est un processus quelque peu traumatisant pour les cellules, qui ont besoin de temps pour s’habituer à l’environnement et acquérir de la fonctionnalité », explique M. Goulart. « À ce stade, ils ne sont pas encore des tissus parce qu’ils sont dispersés, mais comme le montre notre étude, ils ont déjà la capacité d’éliminer les toxines du sang et de produire et sécréter de l’albumine (une protéine produite uniquement par le foie), par exemple. »
Dans cette étude, les chercheurs ont mis au point des mini-foies de foie en utilisant les cellules sanguines de trois volontaires comme matière première et ont comparé des marqueurs liés à la fonctionnalité, tels que le maintien du contact cellulaire et la production et la libération de protéines.
Bien que l’étude se soit limitée à la production de foies miniatures, la technique peut être utilisée à l’avenir pour produire des organes complets adaptés à la transplantation, selon Goulart. « Nous l’avons fait à petite échelle, mais avec de l’investissement et des intérêts, il est facile de l’augmenter », dit-il.
Vous pouvez maintenant poster vos offres d’emploi sur 3D ADEPT Media. Pour des informations exclusives sur l’impression 3D, abonnez-vous à notre newsletter et suivez-nous sur les réseaux sociaux : Facebook, Twitter, LinkedIn & Instagram !
Vous souhaitez-vous abonner à 3D ADEPT Mag ? Ou vous voulez figurer dans le prochain numéro de notre magazine numérique ? Envoyez-nous un email à contact@3dadept.com