Les cultures cellulaires bidimensionnelles sont la norme dans la R&D préclinique pharmaceutique et dans la recherche biomédicale en général, depuis de nombreuses décennies. Cependant, de plus en plus de preuves démontrent que ces modèles représentent mal l’interaction cellulaire au niveau 3D dans les systèmes vivants. Par conséquent, le développement de médicaments basé sur des systèmes 2D est souvent malencontreux, entraînant des milliards de dollars de coûts de R&D infructueux.
Jusqu’à présent, la construction de structures 3D complexes et très précises avec des cellules vivantes intégrées a été entravée par le manque de matériaux et de systèmes d’impression appropriés. Grâce au développement conjoint d’une nouvelle encre biologique à base d’hydrogel par Xpect INX et UpNano, combiné au nouveau modèle d’impression d’UpNano, ce projet est devenu réalité.
Machines et matériaux
« Les compétences combinées d’UpNano dans le développement d’appareils d’impression 3D et de Xpect INX dans la conception de matériaux innovants pour l’impression 3D se sont bien combinées« , commente Peter Gruber, responsable de la technologie et cofondateur d’UpNano. « Nous avons co-développé X Hydrobio INX© U200, un hydrogel hautement biocompatible, et en même temps nous proposons un dispositif d’impression 3D 2Photon qui offre la plus grande gamme de dimensions imprimées du marché« .
X Hydrobio INX© U200 est un hydrogel hydrosoluble qui permet de transférer des cultures cellulaires de plaques de culture 2D vers des structures 3D complexes.
« L’hydrogel X Hydrobio INX© U200, à base de gélatine, a été spécifiquement développé pour l’encapsulation de plusieurs types de cellules, permettant ainsi la génération de microtissus 3D complexes« , explique Jasper Van Hoorick, chef de projet chez Xpect INX. « L’hydrogel imite l’environnement cellulaire naturel et est biodégradable, ce qui permet aux cellules de remplacer progressivement le matériau par des tissus nouvellement formés. »
Le gel résout les problèmes rencontrés avec les milieux de croissance standard sur lesquels les cultures cellulaires ont été incubées de manière 2D. Ensuite, l’hydrogel contenant les cellules vivantes peut être directement introduit dans le NanoOne Bio – une imprimante 3D 2Photon de haute précision développée par UpNano. Des recherches approfondies ont montré que le laser à lumière rouge de 780 nm de la NanoOne Bio n’est pas nocif pour les cellules vivantes, même à la puissance exceptionnellement élevée utilisée par les imprimantes NanoOne. En fait, la puissance élevée du laser, qui est propre aux systèmes d’impression 3D 2Photon d’UpNano, permet d’utiliser des optiques qui permettent la production rapide de structures de très grande taille avec une précision exceptionnelle, jusqu’à l’échelle nanométrique.
Industrie et universités
La combinaison de X Hydrobio INX© U200 et du NanoOne Bio ouvre de toutes nouvelles possibilités en matière de R&D biomédicale, tant dans l’industrie que dans les universités. Conscient de l’énorme potentiel, le professeur James J. Yoo, du Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (USA) a décidé de conseiller UpNano sur les développements futurs. Cet expert renommé de l’ingénierie tissulaire et de la biofabrication rejoint le conseil consultatif de l’entreprise à partir d’avril 2021 et guidera le développement continu de nouvelles applications pour la R&D biomédicale. La production de laboratoires sur puce sera désormais possible non seulement avec une précision sans précédent, mais aussi directement avec des cellules vivantes intégrées, ce qui permettra de gagner du temps et d’améliorer l’importance des résultats. Des structures de surface ressemblant à des tissus naturels (structures biomimétiques) peuvent désormais être créées, ce qui permet une interaction quasi naturelle entre les cellules vivantes et leur environnement de croissance.
« Les cellules qui se développent en 2D sur une plaque de culture avec des milieux de croissance standard sont confrontées à un environnement physique loin d’être naturel et à un manque d’interaction avec les cellules environnantes dans toutes les directions, comme on l’observe dans les tissus vivants« , explique Denise Mandt, responsable du marketing et du développement commercial et cofondatrice d’UpNano. Il est reconnu dans la R&D biomédicale que ce manque de contact 3D entre les cellules a un impact négatif sur l’interprétation des résultats obtenus dans les modèles cellulaires pour les applications humaines.
Le NanoOne Bio, associé au nouveau kit X Hydrobio INX© U200, modifiera considérablement cette approche. Les entreprises pharmaceutiques et les instituts de recherche seront en mesure de concevoir des modèles cellulaires qui imitent les conditions de croissance naturelles dans le corps humain.
En fait, le NanoOne Bio permet de produire des structures de surface avec une très grande précision et/ou de concevoir des échafaudages complexes en 3D avec des cellules incorporées de l’ordre du centimètre.
Grâce à des chemins optiques spécifiques, des algorithmes de numérisation optimisés et une technologie propriétaire de résolution adaptative, les systèmes NanoOne offrent également des temps de production nettement plus rapides que les autres systèmes – des avantages qui ont été reconnus par les clients de l’industrie et du monde universitaire. L’extension de la gamme pour les clients de la recherche biomédicale a déjà suscité un grand intérêt.
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