La bio-impression s’affirme, ces dernières années, comme un levier de transformation dans le domaine de la médecine régénérative. Cette technologie prometteuse pourrait bientôt permettre de fabriquer des répliques expérimentales d’organes, offrant aux professionnels de santé l’opportunité de conduire des tests médicaux innovants et de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques. C’est dans cette dynamique que des chercheurs australiens ont récemment franchi un cap en concevant une bio-imprimante 3D d’une précision et d’une rapidité inédites. À terme, grâce à des essais préalables sur des organoïdes imprimés en 3D, les traitements et les essais cliniques pourraient être réalisés selon un protocole réduisant considérablement les échecs.
Dans le cadre du développement de thérapies pharmaceutiques ciblées, notamment en cancérologie, les chercheurs s’appuient souvent sur des échantillons cultivés en laboratoire pour mener leurs expérimentations. Cette méthode, malgré son efficacité reconnue, se révèle coûteuse, complexe et lente. La bio-impression s’impose alors comme une solution de choix. Apparue à la fin du XXe siècle, cette technologie relève de la biologie de synthèse et s’apparente à l’impression 3D, à ceci près qu’elle utilise des biomatériaux pour créer des tissus aux structures complexes, tels que des vaisseaux sanguins, de la peau, voire des organes entiers.
En 2023, une équipe de l’Université de Boston a réalisé une prouesse technologique en bio-impression 3D en créant une réplique miniature d’un cœur humain. Les chercheurs ont utilisé des cellules cardiaques dérivées de cellules souches humaines, combinées à des pièces acryliques imprimées en 3D. L’une des caractéristiques majeures de cette réplique est sa capacité à battre de manière autonome, à l’instar d’un véritable cœur humain. Cette avancée ouvre de nouvelles voies de recherche pour comprendre l’impact des maladies sur les tissus cardiaques et développer des traitements ciblés contre les pathologies cardiaques.
Bien que la bio-impression 3D traditionnelle offre des possibilités considérables en ingénierie tissulaire, elle bute encore sur un obstacle majeur : la précision. Pour pallier cette limitation, une équipe de l’Université de Melbourne a mis au point une bio-imprimante 3D d’un nouveau genre, intégrant un système optique sophistiqué. « Le positionnement incorrect des cellules est l’une des principales raisons pour lesquelles les bio-imprimantes 3D échouent souvent à produire des structures fidèles aux tissus humains », explique David Collins, directeur du laboratoire Collins BioMicrosystems de l’Université de Melbourne, dans un communiqué.
Un processus ulta-rapide basé sur un système optique avancé
Collins précise que les bio-imprimantes traditionnelles adoptent une approche lente, compromettant la viabilité des cellules lors de l’impression couche par couche. Pour contourner ce problème, son équipe a innové en évitant l’application successive de couches de biomatériaux. Dans leur étude publiée dans Nature, les chercheurs expliquent avoir utilisé trois éléments complémentaires pour assurer la précision et la viabilité des cellules : la lumière, les ondes sonores et, les bulles.
Le fonctionnement de cette nouvelle bio-imprimante se démarque radicalement des modèles existants. Selon les auteurs de l’étude, la machine projette d’abord de la lumière sur des bulles de résine contenant les tissus cellulaires, les durcissant et les modelant jusqu’à obtention de la forme souhaitée. Un haut-parleur génère ensuite des ondes sonores qui font vibrer les bulles, permettant ainsi un positionnement rapide et précis des structures cellulaires. Cette bio-imprimante, 350 fois plus rapide que les modèles traditionnels, pourrait permettre d’imprimer un tissu en quelques minutes là où cela prendrait plusieurs heures avec les techniques actuelles.
Collins ajoute que les tissus à l’intérieur des bulles de résine flottent durant tout le processus d’impression, permettant ainsi de créer des structures cellulaires délicates et complexes avec des matériaux encore plus souples. Il évoque également la possibilité d’imprimer, au-delà des tissus humains, des os et des tendons. L’équipe souligne que cette nouvelle bio-imprimante assure la viabilité des cellules, car le tissu flottant dans la bulle de résine peut être imprimé directement dans une boîte de Petri, sans manipulation physique. Chaque structure imprimée reste ainsi intacte et stérile.
« Les biologistes reconnaissent l’immense potentiel de la bio-impression, mais elle était jusqu’à présent limitée à des applications à très faible rendement », déclare Callum Vidler, auteur principal de l’étude. « Nous avons développé notre technologie pour combler cette lacune, en offrant des avancées significatives en termes de vitesse, de précision et de cohérence », ajoute-t-il. Bien que l’équipe n’ait imprimé jusqu’à présent que de petits échantillons de trois centimètres de diamètre, avec une résolution de 15 micromètres et une longueur maximale de sept centimètres, elle ambitionne d’approfondir ses recherches pour créer des modèles d’organes plus grands.