Le laboratoire Texas A&M produit du tissu osseux bio-imprimé en 3D pour favoriser la régénération osseuse

Le Dr Akhilesh K. Gaharwar, professeur agrégé, a développé un bioink hautement imprimable comme plate-forme pour générer des tissus fonctionnels à l'échelle anatomique. Cette étude a été récemment publiée dans l'American Chemical Society's Matériaux appliqués et interfaces.

La bio-impression est une nouvelle approche de fabrication additive qui prend des biomatériaux tels que les hydrogels et les combine avec des cellules et des facteurs de croissance, qui sont ensuite imprimés pour créer des structures de type tissulaire qui imitent les tissus naturels.

Une application de cette technologie pourrait être la conception de greffes osseuses spécifiques aux patients, un domaine qui suscite l'intérêt des chercheurs et des cliniciens. La gestion des défauts et des blessures osseuses par le biais de traitements traditionnels a tendance à être lente et coûteuse. Gaharwar a déclaré que le développement de tissus osseux de remplacement pourrait créer de nouveaux traitements passionnants pour les patients souffrant d'arthrite, de fractures osseuses, d'infections dentaires et de défauts craniofaciaux.

La bio-impression nécessite des biomatériaux chargés de cellules qui peuvent s'écouler à travers une buse comme un liquide, mais se solidifier presque dès qu'ils sont déposés. Ces bio-liens doivent agir à la fois comme supports cellulaires et composants structurels, ce qui les oblige à être hautement imprimables tout en fournissant un microenvironnement robuste et respectueux des cellules. Cependant, les bio-liens actuels manquent de biocompatibilité, d'imprimabilité, de stabilité structurelle et de fonctions spécifiques aux tissus nécessaires pour traduire cette technologie en applications précliniques et clinales.

Pour résoudre ce problème, le groupe de recherche de Gaharwar dirige les efforts dans le développement de bio-liens avancés connus sous le nom de bio-liens enchevêtrés ioniques-covalents (NICE). Les bio-liens NICE sont une combinaison de deux techniques de renforcement (non-renforcement et réseau ionique-covalent), qui fournissent ensemble un renforcement plus efficace qui se traduit par des structures beaucoup plus solides.

Une fois la bioimpression terminée, les réseaux NICE chargés de cellules sont réticulés pour former des échafaudages plus solides. Cette technique a permis au laboratoire de produire des reconstructions à grande échelle et adaptées aux cellules des parties du corps humain, y compris les oreilles, les vaisseaux sanguins, le cartilage et même les segments osseux.

Peu de temps après la bioimpression, les cellules enfermées commencent à déposer de nouvelles protéines riches en une matrice extracellulaire de type cartilage qui se calcifie ensuite pour former un os minéralisé sur une période de trois mois. Près de 5% de ces échafaudages imprimés étaient constitués de calcium, qui est similaire à l'os spongieux, le réseau de tissu spongieux que l'on trouve généralement dans les os vertébraux.

Pour comprendre comment ces structures bioprinted induisent la différenciation des cellules souches, une technique de génomique de nouvelle génération appelée séquençage du transcriptome entier (RNA-seq) a été utilisée. L'ARN-seq prend un instantané de toutes les communications génétiques à l'intérieur de la cellule à un moment donné. L'équipe a travaillé avec la Dre Irtisha Singh du Texas A&M Health Science Center, qui a été cochercheuse.

La prochaine étape importante de la bio-impression 3D est la maturation des constructions bi-imprimées vers la génération de tissus fonctionnels. Notre étude démontre que NICE bioink développé dans notre laboratoire peut être utilisé pour concevoir des tissus osseux fonctionnels en 3D. « 

Dr Akhilesh K. Gaharwar, professeur agrégé, Texas A&M

À l'avenir, l'équipe de Gaharwar prévoit de démontrer la fonctionnalité in vivo du tissu osseux bioprinted 3D.

La source:

Référence de la revue:

Chimène, D., et al. (2020) Bioink ostéoinductif de nano-ingénierie pour le tissu osseux de bio-impression 3D. Matériaux appliqués et interfaces. doi.org/10.1021/acsami.9b19037.

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