Une avancée technologique révolutionnaire permet de créer en laboratoire des structures musculaires imitant les tissus humains, offrant un potentiel immense pour la médecine et l’alimentation. Avec une bioimpression laser, des chercheurs élèvent les standards des tests médicaux, remplaçant les méthodes traditionnelles basées sur les rongeurs.
L’évolution technologique apporte des innovations véritablement significatives, qui impactent des domaines souvent éloignés de notre quotidien. Un exemple de cela est ce muscle fabriqué en laboratoire, qui permet de produire des tissus humains réels pour remplacer les rongeurs actuellement utilisés dans les tests.
Lors d’une enquête récente, Hao Liu, de l’ETH Zurich, a envisagé d’utiliser la technologie laser pour créer des structures complexes et microscopiques imitant l’architecture naturelle des tissus humains.
Cette découverte pourrait signifier que, dans un avenir proche, les blessures guérissent plus rapidement, les maladies sont traitées de manière plus efficace, et la viande cultivée en laboratoire devient réalité.
Les structures créées par Hao Liu, constituées d’un type spécial de gélatine, servent de support à la croissance de cellules. En contrôlant soigneusement le laser, Liu et son équipe parviennent à créer des microfilaments (filaments de protéines) hautement alignés, reproduisant la structure exacte présente dans les tissus humains, comme les muscles, les tendons et les nerfs.
Pour ce faire, les chercheurs ont développé une bioimprimante compacte afin de produire des tissus biologiques avec des structures de microfilaments.
Notre objectif est de créer des modèles de tissus humains pour le dépistage de médicaments à haut rendement et d’autres applications.
A déclaré Hao Liu, qui travaille actuellement à commercialiser cette technologie.
Tissus similaires aux humains, mais créés en laboratoire
Le corps humain est constitué de divers tissus, chacun ayant des structures et des fonctions spécifiques. Ces tissus, tels que les muscles, les tendons, le tissu conjonctif et le tissu nerveux, présentent des dispositions mobiles organisées. Cette organisation est cruciale pour leur bon fonctionnement.
La bioimprimante 3D de lumière filamentaire peut être utilisée pour produire des constructions de tissus alignés. (Image : Université des Arts de Zurich/ Samuel Thalmann)
Pour reproduire des structures de tissus naturels en laboratoire, les chercheurs créent des structures 3D en utilisant des bioimprimantes. Ces supports servent de modèle pour la croissance des cellules, aboutissant à un tissu parfaitement structuré.
Les tissus artificiels peuvent être utilisés à diverses fins, notamment pour des remplacements chirurgicaux, la recherche médicale et la production alimentaire.
Dans ce travail, Liu a commencé par imprimer des structures de tissus et a ensuite utilisé une nouvelle méthode pour créer des filaments fins et hautement alignés. Il a utilisé une gélatine photosensible, qui passe de l’état liquide à solide lorsqu’elle est exposée à la lumière du laser.
Lorsque nous l’exposons à un laser, elle se solidifie en hydrogel. Dans les zones où le laser n’atteint pas, la gélatine reste liquide.
Avec succès, Liu a créé des microfilaments au sein de l’hydrogel, comparables en taille aux composants fibreux que l’on trouve dans des tissus naturels. Par la suite, il a cultivé des cellules sur ce support pour générer des structures de tissus alignés.
Le laser est crucial dans ce processus
La bioimprimante 3D de lumière filamentaire (FLight) utilise un phénomène optique unique pour créer des structures de microfilaments hautement alignés dans une matrice d’hydrogel.
Les faisceaux laser présentent une intensité lumineuse irrégulière, avec des zones d’énergie élevée et faible.
Les microfilaments sont créés parce que la lumière laser n’est pas homogène. (Image : Liu H et al. Advanced Materials 2022, CC-BY 4.0)
Lorsque un matériau sensible à la lumière est exposé à ce faisceau, il se solidifie de manière inégale, formant des structures parallèles, semblables à des fils, avec des espaces comme des canaux entre eux.
Ces structures, dont les diamètres varient de 2 à 20 micromètres, imitent l’arrangement naturel de nombreux tissus du corps.
Lorsque les cellules sont introduites dans ces supports, elles croissent le long des canaux, aboutissant à des constructions de tissus alignés.
Le phénomène optique qui crée les microstructures de filaments dans le gel est connu depuis longtemps des physiciens et des scientifiques des matériaux. Mais il n’avait jamais été utilisé en biologie ; nous sommes les premiers.
En utilisant cette méthode d’impression, l’équipe a produit des constructions de tissus similaires aux tissus musculaires, tendineux, nerveux et cartilagineux.
L’ETH Zurich a breveté cette technologie.