Cartilage artificiel grâce à l'impression 3D


Est-il probable de cultiver des tissus en laboratoire, par exemple pour remplacer un cartilage blessé ? À la TU Wien (Vienne), une étape importante a maintenant été franchie vers la création de tissus de remplacement en laboratoire, en utilisant une technique qui diffère considérablement des autres méthodes utilisées dans le monde.

Un procédé spécial d’impression 3D haute résolution est utilisé pour créer de minuscules sphères poreuses en plastique biocompatible et dégradable, qui sont ensuite colonisées par des cellules. Ces sphéroïdes peuvent ensuite être disposés selon n’importe quelle géométrie et les cellules des différentes unités se combinent parfaitement pour former un tissu vivant uniforme. Le tissu cartilagineux, avec lequel le strategy a maintenant été démontré à la TU Wien, était auparavant considéré comme particulièrement difficile à cet égard.

De minuscules cages sphériques comme échafaudage pour les cellules

Pour éviter cela, l'équipe de recherche de la TU Wien travaille avec une nouvelle approche : des systèmes d'impact 3D haute résolution au laser spécialement développés sont utilisés pour créer de minuscules structures en forme de cage qui ressemblent à des mini ballons de football et ont un diamètre d'à peine un tiers. d'un millimètre. Ils servent de composition de aid et forment des blocs de construction compacts qui peuvent ensuite être assemblés dans n'importe quelle forme.

Les cellules souches sont d’abord introduites dans ces mini-cages en forme de ballon de soccer, qui remplissent rapidement complètement le minuscule quantity. “De cette façon, nous pouvons produire de manière fiable des éléments tissulaires dans lesquels les cellules sont réparties uniformément et la densité cellulaire est très élevée. Cela n'aurait pas été possible avec les approches précédentes”, explique le professeur Aleksandr Ovsianikov, responsable du département Impression 3D et biofabrication. groupe de recherche à la TU Wien.

Grandir parfaitement ensemble

L'équipe a utilisé des cellules souches différenciées, c'est-à-dire des cellules souches qui ne peuvent plus se développer en aucun form de tissu, mais qui sont déjà prédéterminées pour former un variety spécifique de tissu, en l'incidence du tissu cartilagineux. De telles cellules sont particulièrement intéressantes pour les purposes médicales, mais la development de tissus furthermore volumineux est un défi lorsqu’il s’agit de cellules cartilagineuses. Dans le tissu cartilagineux, les cellules forment une matrice extracellulaire très prononcée, une structure en forme de maillage entre les cellules qui empêche souvent les différents sphéroïdes cellulaires de se développer ensemble de la manière souhaitée.

Si les sphères poreuses imprimées en 3D sont colonisées par des cellules de la manière souhaitée, les sphères peuvent être disposées dans n'importe quelle forme souhaitée. La dilemma cruciale est maintenant : les cellules des différents sphéroïdes se combinent-elles également pour previous un tissu uniforme et homogène ?

“C'est exactement ce que nous avons pu montrer pour la première fois”, déclare Kopinski-Grünwald. “Au microscope, vous pouvez voir très clairement  : les sphéroïdes voisins se développent ensemble, les cellules migrent d'un sphéroïde à l'autre et vice versa, elles se connectent de manière transparente et aboutissent à une structure fermée sans aucune cavité – contrairement à d'autres méthodes qui ont été utilisé jusqu'à présent, dans lequel des interfaces visibles restent entre des amas de cellules voisins.

Les minuscules échafaudages imprimés en 3D confèrent à la composition globale une stabilité mécanique pendant que le tissu go on de mûrir. En quelques mois, les structures plastiques se dégradent, elles disparaissent tout simplement, laissant derrière elles le tissu fini dans la forme souhaitée.

Premier pas vers une software médicale

En principe, la nouvelle approche ne se limite pas au tissu cartilagineux, elle pourrait également être utilisée pour adapter différents kinds de tissus additionally larges tels que le tissu osseux. Cependant, il reste encore quelques tâches à accomplir en cours de route : après tout, contrairement au tissu cartilagineux, il faudrait également incorporer des vaisseaux sanguins pour ces tissus au-dessus d'une certaine taille.

“Un leading objectif serait de produire de petits morceaux de tissu cartilagineux sur mesure qui pourraient être insérés dans le matériau cartilagineux existant après une blessure”, explique Oliver Kopinski-Grünwald. “Dans tous les cas, nous avons maintenant pu montrer que notre méthode de output de tissu cartilagineux à l'aide de micro-échafaudages sphériques fonctionne en principe et présente des avantages décisifs par rapport aux autres systems.”