Des chercheurs ont implanté avec succès des pénis artificiels imprimés en 3D chez les porcs et les lapins – une première mondiale. Pour produire les implants, l’équipe a utilisé des cellules épithéliales cultivées à l’intérieur d’un échafaudage en hydrogel, qui continuent à se développer à mesure que la structure de soutien se dégrade. Les animaux implantés ont retrouvé leur fonction érectile et leur taux de fécondation réussie est passé de 25 à presque 100 %.
Le pénis est composé de deux colonnes de tissu érectile appelées corps caverneux. S’étendant sur toute la longueur supérieure de la tige pénienne, elles se situent au-dessus d’une autre colonne de tissu appelée corps spongieux et entourant l’urètre. L’ensemble est maintenu par une couche de tissu fibreux et rigide appelée tunique albuginée.
Lors d’une érection, les vaisseaux sanguins irriguant le pénis se dilatent pour diffuser le sang à travers les corps caverneux. Cela fait gonfler les tissus qui sont ensuite maintenus rigides par la tunique albuginée. La dilatation des corps caverneux comprime les veines drainant le sang contre la tunique albuginée, ce qui permet de maintenir temporairement l’érection.
La difficulté à obtenir ou à maintenir une érection (dysfonction érectile) est une affection courante provoquée par de multiples facteurs, incluant des lésions nerveuses ou traumatiques, des troubles hormonaux, des problèmes de circulation sanguine ou encore des problèmes psychologiques. On estime que 40 % des hommes de plus de 40 ans et 70 % de ceux de plus de 70 ans souffrent de dysfonction érectile, la prévalence augmentant avec l’âge.
Certaines affections, telles que la maladie de la Peyronie, peuvent également être à l’origine d’une dysfonction érectile. Affectant entre 6 et 10 % des hommes, cette maladie se manifeste par la formation d’un tissu cicatriciel fibreux à l’intérieur de la tunique albuginée, provoquant une érection courbée ou douloureuse.
Les implants biomimétiques font l’objet de recherches depuis plusieurs années pour traiter la dysfonction érectile. Cependant, « actuellement, le développement de matériaux de transplantation qui favorisent la régénération nerveuse et s’intègrent efficacement aux réseaux urétraux et vasculaires de l’hôte représente un défi de taille », écrivent les chercheurs de la nouvelle étude dans leur document, récemment publié dans la revue Nature Biomedical Engineering.
En effet, la topologie complexe des réseaux nerveux et vasculaires irriguant le pénis et les fonctions des tissus qui le composent sont extrêmement difficiles à reproduire. Dans le cadre de la nouvelle étude, les chercheurs de l’Université de technologie de Chine du Sud ont pour la première fois produit un implant pénien pouvant restaurer presque parfaitement la fonction érectile et reproductive.
« Cette approche pourrait aider à surmonter les obstacles actuels à la réparation des blessures péniennes à grande échelle », affirme l’équipe. Des chercheurs de l’Université médicale et dentaire de Tokyo, de l’Université médicale de Guangzhou et de l’Université de Columbia (à New York) ont également contribué à l’étude.
Un taux de fécondation réussie passant de 25 à 100 %
Pour développer les implants, l’équipe de la nouvelle étude a reproduit les structures tissulaires du pénis en utilisant une bio-imprimante 3D. L’échafaudage est composé d’un hydrogel souple et poreux, lui permettant ainsi de se dilater en étant irrigué, à l’instar des corps caverneux et spongieux naturels.
« Plus précisément, nous avons imprimé en 3D un corps caverneux à base d’hydrogel incorporant une tunique albuginée limitant la contrainte qui peut être engorgée de sang par occlusion veineuse », indiquent les chercheurs. La structure s’est correctement redressée lorsqu’elle a été irriguée par un substitut sanguin.
La seconde étape de la recherche consistait à modifier les implants d’hydrogel en y intégrant des cellules épithéliales provenant de pénis de porcs et de lapins. Cet ensemencement permettrait à la fois de reproduire plus fidèlement les fonctions péniennes et de minimiser les rejets immunitaires. Les structures ont ensuite été implantées à des porcs et des lapins souffrant de graves lésions péniennes. Des implants dépourvus de cellules épithéliales ont été intégrés aux groupes témoins.
Les animaux implantés ont globalement retrouvé leur fonction érectile, mais ceux ayant bénéficié des implants ensemencés ont obtenu une meilleure fonction. D’après les chercheurs, ces fonctions se rapprochaient de celles d’un animal sain. Les animaux ayant reçu ces implants ont également présenté de faibles réactions inflammatoires. Et, lorsque l’échafaudage en hydrogel se dégradait, les cellules continuaient à proliférer pour remplir les espaces vides.
Après avoir été autorisés à s’accoupler (après quelques semaines), les animaux ont maintenu correctement leur fonction érectile et ont récupéré la capacité à éjaculer. Le taux de fécondation réussie est passé de 25 à 75 % pour le groupe avec des implants non ensemencés de cellules épithéliales. En revanche, le taux de réussite était de 100 % pour les porcs mâles avec des implants ensemencés.
« Ces résultats indiquent que les implants ont considérablement amélioré la récupération fonctionnelle, et la combinaison avec les cellules épithéliales a encore renforcé cet effet, démontrant des améliorations notables dans la régénération tissulaire et la récupération fonctionnelle », écrivent les chercheurs.
D’après les chercheurs, la technique pourrait être utilisée pour le développement de structures pouvant induire une régénération nerveuse. Il pourrait aussi être possible d’intégrer des vaisseaux sanguins artificiels et des structures urétrales aux implants. En outre, ces résultats pourraient potentiellement contribuer à éclairer le développement d’autres organes artificiels riches en vaisseaux sanguins, tels que le cœur et le foie. « Nos résultats soutiennent le développement ultérieur d’organes fonctionnels riches en vaisseaux sanguins imprimés en 3D pour la transplantation », concluent-ils.