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L’impression 3D pour recréer les organes les plus délicats du corps

On voit en gros plan les petits vaisseaux qui composent cet « organe » artificiel, qui a la forme d'une poire.

Un « poumon » créé grâce à l'impression 3D, en très gros plan. Le tout ne mesure que quelques millimètres.

Photo : Jordan Miller/Rice University

Renaud Manuguerra-Gagné

Des chercheurs américains ont fait une avancée majeure dans le monde des organes recréés par impression 3D. Leur nouvelle technique a permis de fabriquer un premier « poumon » et pourrait permettre de produire d'autres organes difficiles à recréer, comme le foie.

À première vue, la création de chercheurs de l’Université Rice et de l’Université de Washington ressemble aux mailles d’un filet rouge vif d’à peine un centimètre. Or, ce dernier se gonfle et se rétracte, au rythme de l’air qui le traverse. Plus surprenant encore, cet air charge en oxygène le liquide qui circule à l’intérieur du filet. Cette structure est différente de tout ce qui a été créé auparavant par impression 3D : elle respire!

Utiliser l’impression 3D pour recréer des organes n’est pas nouveau, mais jusqu’à maintenant tous les groupes de recherche qui ont utilisé la méthode se sont retrouvés face au même problème : bien qu’il soit techniquement possible d’imprimer des organes à l’aide de gels et de cellules, il est très difficile de maintenir ces organes en vie une fois assemblés.

Ce problème est surtout lié aux vaisseaux sanguins. Bien que les artères et les veines soient assez grosses pour être reproduites, tous nos organes sont remplis de capillaires, de minuscules vaisseaux de la taille d’un cheveu humain, parfois à peine assez larges pour ne laisser passer qu’un seul globule rouge à la fois.

L’extrême complexité de ces réseaux est nécessaire pour apporter des éléments nutritifs jusqu’à chaque cellule. Elle est toutefois difficile à recréer par impression 3D, ce qui empêche les chercheurs de produire des organes de grande taille, surtout ceux qui sont riches en vaisseaux sanguins comme les poumons ou le foie.

Or, la méthode mise de l’avant par les chercheurs américains (Nouvelle fenêtre) leur a permis de recréer un alvéole pulmonaire qui fonctionne comme un véritable organe et permet aux globules rouges de se charger en oxygène au passage. Et tout ce qu’il a fallu pour y arriver était… un peu de colorant alimentaire!


Cette vidéo de l'Université Rice montre le fonctionnement des « organes » recréés grâce à la nouvelle technique (en anglais).

De la cuisine à la biologie de pointe

Ce qui rend les vaisseaux sanguins difficiles à reproduire est le fait qu’une imprimante classique va appliquer, couche par couche, les gels qui serviront d’échafaudage à l’organe en devenir. Bien que pratique pour les grandes structures, cette méthode n’est pas assez précise pour recréer des éléments aussi délicats que des vaisseaux sanguins.

Il existe toutefois une autre méthode d’impression permettant d’atteindre le niveau de précision et de vitesse requis : la stéréolithographie.

Cette technique emploie un gel sensible à la lumière, qui va se solidifier en quelques secondes lorsqu’il sera exposé à la bonne longueur d’onde et à la bonne intensité lumineuse. Cette solidification n’aura lieu qu’à l’endroit précis où la lumière sera projetée, ce qui permettra de créer des structures à la fois minuscules et très complexes.

Cette vitesse est aussi essentielle à la création d’organes de grande taille, car plus vite les cellules seront alimentées en éléments nutritifs, moins elles risqueront de mourir durant la fabrication de l’organe.

Il restait toutefois un problème. Les agents chimiques permettant que cette réaction ait lieu uniquement aux endroits ciblés par la lumière sont aussi toxiques pour les cellules, voire cancérigènes. C’est ici qu’intervient le colorant alimentaire.

Ce dernier absorbe les longueurs d’onde de la même manière que les agents chimiques toxiques. Pour leur étude, les chercheurs ont simplement acheté de la tartrazine en épicerie, aussi nommée jaune no 5.

Une solution accessible

Une fois la solution trouvée, les chercheurs ont testé leur méthode en créant un organe capable de permettre une circulation sanguine, mais aussi de résister à de forts stress. Le résultat est un alvéole pulmonaire parfaitement fonctionnel, une première en son genre.

Les chercheurs ont aussi recréé des valves cardiaques ainsi que des structures abritant des cellules de foie. Ces dernières ont été greffées chez des souris tout en restant fonctionnelles.

Bien qu’il reste encore beaucoup de défis avant qu’une telle méthode puisse être utilisée pour imprimer des organes humains complets et fonctionnels, les chercheurs ont décidé de faciliter le processus en laissant leur méthode totalement libre d’accès.

Ainsi, d’autres chercheurs et ingénieurs pourront librement tester leurs propres applications, accélérant le moment où des organes pourront être conçus sur mesure pour des personnes dans le besoin.

Science