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Science . Fabriquer en 3D des organes vivants

Le mésenchyme est un tissu de soutien embryonnaire à l'origine de diverses formes de tissus chez l'adulte. Au fur et à mesure du développement de l'embryon, il adopte des formes de plus en plus complexes correspondant aux différents organes qui se forment dans celui-ci. L'adoption au cours du développement de ces formes, toutes spécifiques, résulte de processus complexes dont la plupart n'ont pas encore été mis en lumière.

Les recherches visant à construire des organes, sinon des organismes artificiels, ont besoin de processus simples, conformes à un schéma général, leur permettant à partir d'un tissu vivant artificiel, de générer de telles formes complexes. L'on sait depuis un certain temps produire un tissu vivant dit « artificiel » . Il faut utiliser pour cela des cellules embryonnaires, provenant de souris et même d'embryon humain, en les laissant se multiplier dans un milieu nourrisseur. Mais le tissu produit est sans formes. Il peut éventuellement être utilisé pour reconstituer sur de petites surfaces un tissu détruit par un accident. Mais en aucun cas il ne peut servir à construire des organes et moins encore – dans un futur plus lointain – des organismes vivants complets.

Aujourd'hui cependant, des chercheurs de l'Université de Californie (UCSF) viennent d'annoncer dans le journal  Developmental Cell du 28 décembre qu'ils ont mis au point des instructions très simples permettant de réaliser en 3D différentes formes contribuant à la réalisation d'un tissu humain complexe, lequel à son tour pourra être utilisé pour construire, toujours en 3D un organe simple.

Les biologistes avaient déjà utilisé des imprimantes 3D modifiées pour élaborer des tissus pouvant être utilisés dans un organe tel que l'oreille externe ou la mâchoire. Mais ceux-ci manquaient des structures d'un tissu normal nécessaires à son développement.

La nouvelle recherche a pu construire en 3D des fibres appartenent à la matrice extracellulaire (https://en.wikipedia.org/wiki/Extracellular_matrix ). Celle-ci est composée de cellules qui fabriquent des molécules dites extracellulaires fournissant aux cellules environnantes le support structurel et biochimique nécessaire à leur croissance. On parle aussi de tissu connectif. Construire en 3D à partir de la matrice extracellulaire les formes complexes caractérisant les organes définitifs est donc un premier pas dans la production artificielle de tels organes.

L'équipe de l'UCSF a utilisé une technologie de production de formes en 3D dite DNA-programmed assembly of cells (DPAC). Utilisée in vitro, dans un tube à essai par exemple, le tissu peut former de lui-même les formes complexes qui, in vivo, dans un embryon ou un sujet adulte, s'assemblent spontanément en couches hiérarchiques au cours du développement.

Les chercheurs estiment que cette méthode pourra trouver de nombreuses applications chez l'humain, en médecine régénératrice par exemple. Elle pourra éventuellement être utilisée dans le cadre de la biologie robotique (soft robotics) pour construire des organes artificiels ayant les propriétés du vivant.
 

Abstract of Engineered Tissue Folding by Mechanical Compaction of the Mesenchyme

Many tissues fold into complex shapes during development. Controlling this process in vitro would represent an important advance for tissue engineering. We use embryonic tissue explants, finite element modeling, and 3D cell-patterning techniques to show that mechanical compaction of the extracellular matrix during mesenchymal condensation is sufficient to drive tissue folding along programmed trajectories. The process requires cell contractility, generates strains at tissue interfaces, and causes patterns of collagen alignment around and between condensates. Aligned collagen fibers support elevated tensions that promote the folding of interfaces along paths that can be predicted by modeling. We demonstrate the robustness and versatility of this strategy for sculpting tissue interfaces by directing the morphogenesis of a variety of folded tissue forms from patterns of mesenchymal condensates. These studies provide insight into the active mechanical properties of the embryonic mesenchyme and establish engineering strategies for more robustly directing tissue morphogenesis ex vivo.

Référence

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1534580717309899

 

 

07/01/2018
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