L’impression 3D pour l’ingénierie tissulaire Léa POURCHET, Christophe MARQUETTE 1. Institute of Chemistry and Molecular and Supramolecular Biochemistry Team Enzyme Engineering, Biomimetic Membranes and Supramolecular Assemblies, CNRS 5246 ICBMS, Université Lyon 1, Villeurbanne, France. 1
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L’impression 3D pour l’ingénierie tissulaire
Léa POURCHET, Christophe MARQUETTE
1. Institute of Chemistry and Molecular and Supramolecular Biochemistry Team Enzyme Engineering, Biomimetic Membranes and Supramolecular Assemblies, CNRS 5246 ICBMS, Université Lyon 1, Villeurbanne, France.
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Promesse de l’ingénierie tissulaire = remplacer les tissus/organes endommagés ou non-fonctionnels.
Promesse du bioprinting = imprimer les tissus/organes, sur mesure, adapté chaque patient en fonction de sa pathologie.
Les deux approches sont très interdisciplinaires et complémentaires.
Introduction
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A. Etat de l’art de l’ingénierie tissulaireB. Potentiel du bioprintingC. Plateforme 3d.fabD. Nos résultats
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A. Etat de l’art de l’ingénierie tissulaire
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Principales cellules impliquées
Peau• Kératinocytes (épiderme)
• Fibroblastes (derme)
• Cellules endothéliales
• Cellules dendritiques (système immunitaire)
Cartilage• Chondrocytes
ProtectionMaintien de la température corporelle
↘ forces de friction (fonction dynamique) transmission, répartition et amortissement des contraintes subies (fonction statique).
Perception Immunité
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Principales cellules impliquées
Os• Ostéoblastes
• Ostéoclastes
Vaisseaux• Cellules endothéliales
• Cellules musculaires lisses
• Fibroblastes
Support des structures corporelles Protection des organes internesMouvement
Transport du sang à tout l’organisme Echanges (O2, CO2,…)
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Stratégies et limites
Peau• Substitut cutanés (éponges de collagène ou tissus épidermiques) Coût élevé
• Autogreffes Cicatrices et soins supplémentaires
Cartilage• Autogreffes Tissus non fonctionnels (MEC, organisation cellulaire, propriétés
mécaniques)
Os
• Allogreffes Rejet immunitaire et pas de formation osseuse
• Substituts osseux : céramiques, biomatériaux d’origine naturelle (os bovin céramisé ou exosquelette de corail) ou synthétique (hydroxyapatite, phosphates tricalciques) Pas de forme personnalisée
Vaisseaux
• Pontages (dérivation en amont de la zone obstruée) Limité par l’âge du patient
• Prothèses vasculaires (PTFEe polytétrafluoroéthylène expansé ou le Dacron® polyéthylène téréphtalate) Vaisseaux de gros diamètre uniquement
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L’approche classique se base sur la biofabrication de tissus grâce aux scafflods (dégradables ou non).
Pour résumer
Prometteuse mais non satisfaisante:- Souvent chronophage,- Peut provoquer une réaction immunitaire et inflammatoire,- Taux de dégradation du scaffold faible ou inexistant,- Toxicité des produits de dégradation,- Manipulation manuelle,- Procédé non industriel,- Peu de possibilité d’intégration multicellulaire,- Peu reproductible,- Manque de contrôle sur la micro-organisation des cellules.
C. Potentiel du bioprinting
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Définition
Qu’est- ce que le bioprinting?
= le dépôt en 3D de biomatériaux contenant des cellules avec un contrôle de la structure finale
Plusieurs techniques :
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Challenges techniques
• Formulation de la bio-encre : bonnes propriétés mécaniques, biocompatibilité, printabilité (= bonne résolution d’impression, haute viabilité cellulaire, viscosité adéquate, distribution cellulaire homogène).
• Paramètres d’impression : vitesse, débit, hauteur de couches…
• Concentration cellulaire suffisante.
• Modélisation des fichiers STL, disponibles à partir d’un scan et représentatif de la microstructure des tissus.
• Vascularisation.11
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Bioprinting de peau
Fabrication de substituts cutanés (fibroblastes + kératinocytes) et mise en culture pendant 14 jours.
Lee et al. Design and Fabrication of Human Skin by Three-Dimensional Bioprinting Tissue Eng Part C Methods. 2014 Jun;20(6):473-84.
Marksted k. et al. 3D bioprinting human chondrocytes with nanocellulose-alginate bio-ink for cartilage tissue engineering applications. Biomacromolecules, 2015, 16 (5), pp 1489–1496
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Bioprinting d’organe
+ 20 000 personnes en attentes de greffes en France, en 2014
Bioprinting d’une thyroïde de souris en Mai 2015 par une équipe de chercheurs russes (Bioprinting Solutions)
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• Fabrication à la demande et sur-mesure de tissus biologiquescomplexes et personnalisables
• Combinaison de plusieursbiomatériaux et donc deplusieurs types cellulairesdifférents
• Précision du dépôt de cellulesavec association de facteurs decroissance localement par ex.
• Reproductible
Avantages
C. Plateforme 3d.fab
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Présentation de la plateforme
3D FAB = 3D Fabric of Advanced Biology
La plateforme est spécialisée dans l’impression 3D pour le domaine de la santé.
2 domaines : - Biochimie pour le diagnostic- Biologie pour la médecine régénérative
Contenu en protéoglycannes(Bleu Alcian, histologie)
ITS 1%
TGF-β110 ng/ml
X4 X20
X4 X20
X4 X20
X4 X20
La matrice extracellulaire néosynthétisée est riche• en protéoglycannes (coloration bleu alcian) et• en collagène 2 (le collagène 2 est spécifique du cartilage hyalin)
Différenciation chondrogénique des CSMs
Implant fonctionnalisé avec des cellules souches mésenchymateuses issues de la moelle osseuse humaine
Avec Dr Pizano Astrid
Conclusion
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Un futur très encourageant!
Si vous avez :- des projets collaboratifs, - des idées d’applications utilisant l’impression 3D,- Le besoin d’une structure d’accueil avec des
infrastructures adaptées aux projets dans le domaine de la santé,