Les tissus et organes modifiés ont été cultivés avec divers degrés de succès en laboratoire pendant de nombreuses années. Beaucoup d'entre eux ont utilisé une approche d'échafaudage où les cellules sont ensemencées sur des structures de soutien biodégradables qui fournissent l'architecture sous-jacente de l'organe ou du tissu souhaité.

Mais les échafaudages peuvent être problématiques - en fin de compte, ils devraient se dégrader et disparaître, mais faire coïncider cette décomposition avec la maturation de l'organe est délicat, et parfois les sous-produits de dégradation peuvent être toxiques. Les échafaudages peuvent également interférer avec le développement des connexions de cellule à cellule, qui sont importants pour la formation de tissus fonctionnels.

Maintenant, une équipe de recherche dirigée par Eben Alsberg, le professeur Richard et Loan Hill de bio-ingénierie et d'orthopédie à l'Université de l'Illinois à Chicago, a développé un procédé qui permet l'impression 3D de tissus biologiques sans échafaudage en utilisant une « encre » composée uniquement de cellules souches. Ils rapportent leurs résultats dans le journal Horizons de matériaux .

"Notre plate-forme d'impression uniquement cellulaire permet l'impression 3D de cellules sans support d'échafaudage classique à l'aide d'un bain de billes d'hydrogel temporaire dans lequel l'impression a lieu, " a déclaré Alsberg.

Les billes d'hydrogel à l'échelle du micron permettent à la buse de l'imprimante 3D de la traverser et de déposer des cellules avec une résistance minimale au mouvement de la buse ou à l'éjection des cellules. Les billes de gel soutiennent les cellules lors de leur impression et les maintiennent en place et préservent leur forme.

Une fois les cellules imprimées dans la matrice de billes d'hydrogel, il est exposé aux UV, qui réticule les billes entre elles, en effet les geler en place. Cela permet aux cellules imprimées de se connecter les unes aux autres, mûrir et grandir au sein d'une structure stable. Le milieu qui baigne les cellules s'écoule facilement à travers les billes de gel réticulées et peut être changé au besoin pour fournir des nutriments frais et éliminer les déchets produits par les cellules. Les billes d'hydrogel peuvent être éliminées par agitation douce, ou contrôler leur dégradation, laissant le tissu intact derrière.

"Le bain de billes d'hydrogel a des propriétés uniques qui permettent à la fois l'impression de la bioencre cellulaire uniquement dans des architectures complexes, et la stabilisation temporaire ultérieure de ces structures uniquement cellulaires pour permettre la formation de jonctions cellule-cellule, " Alsberg a déclaré. "En utilisant la chimie, nous pouvons ensuite réguler le moment où les perles disparaissent."

Les cellules utilisées par l'équipe d'Alsberg sont des cellules souches, celles qui peuvent se différencier en une grande variété d'autres types de cellules. Ils ont utilisé les cellules souches pour imprimer en 3D une oreille cartilagineuse et un « fémur » de la taille d'un rongeur dans le bain de billes d'hydrogel. Les cellules qu'ils ont imprimées ont pu se former stables, connexions cellule-cellule par des protéines spécialisées.

"Pour la première fois, les constructions uniquement cellulaires peuvent être imprimées sous des formes complexes composées de différents types de cellules sans support d'hydrogel ni échafaudage traditionnel qui peuvent ensuite être stabilisés pendant une période d'un jour à plusieurs semaines. Nous avons démontré que les agrégats cellulaires peuvent être organisés et assemblés en utilisant cette stratégie pour former des tissus fonctionnels plus grands, qui peuvent être utiles pour l'ingénierie tissulaire ou la médecine régénérative, criblage de médicaments et comme modèles pour étudier la biologie du développement, " a déclaré Alsberg.