Thomas E. Angelini, Doctorat., Professeur agrégé au Département de génie mécanique et aérospatial de l'Université de Floride et son groupe de recherche, le laboratoire Soft Matter Engineering a fabriqué avec succès des micro-faisceaux vivants à partir de cellules de glioblastome et de matériel extracellulaire (ECM) intégrés dans un support de microgel emballé. Ils ont ensuite caractérisé les propriétés physiques des poutres et comparé leurs résultats aux modèles traditionnels de génie mécanique. A leur grande surprise, ces microscopiques, les structures délicates se comportent un peu comme les poutres massives utilisées dans la construction de bâtiments de tous les jours. « Nous avons été ravis et ravis de voir que nos micro-faisceaux, seulement 50 à 200 µm de diamètre, agi conformément aux principes mécaniques pour d'autres modèles tels que les grandes poutres en acier, " a déclaré S. Tori Ellison. Ellison est un doctorant en génie mécanique et aérospatial qui est encadré par le Dr Angelini et est le co-premier auteur de l'article publié résultant de cette recherche.

Tester systématiquement les variables contrôlant la mécanique des micro-faisceaux cellule-ECM, les chercheurs ont varié la densité cellulaire, Concentration de l'ECM, diamètre du micro-faisceau, et les propriétés matérielles du milieu environnant. Ils ont découvert une cascade de comportements cellulaires, y compris le flambement des poutres, rompre, et contraction axiale. En modifiant les théories mécaniques classiques, ils ont découvert les principes de base de la mécanique des microfaisceaux tissulaires qui peuvent être généralisés aux types cellulaires, ECM, et des supports de bio-impression. "Ces principes fondamentaux peuvent être étendus à d'autres formes telles que les plaques et les tubes, permettre un avenir axé sur les composants de la conception mécanique dans l'ingénierie tissulaire et la bio-fabrication dans laquelle la stabilité et l'instabilité sont programmées dans le processus de maturation des tissus, " a déclaré Cameron Morley, co-premier auteur. Morely est également titulaire d'un doctorat en génie mécanique et aérospatial. étudiant encadré par le Dr Angelini.

Leur découverte révolutionnaire, qui a des implications importantes sur les stratégies de bio-fabrication 3-D et la conception d'assemblages multicellulaires dynamiques en médecine régénérative, ainsi que des applications d'ingénierie tissulaire, est publié dans le numéro de juillet de Communication Nature .

Les résultats de cette recherche seront utilisés dans un nouveau projet passionnant, le Dr Angelini et son équipe d'ingénierie de la matière molle viennent de commencer, qui implique le développement de modèles de tissus hépatiques 3D avancés pour des applications de développement de médicaments. "BioFabUSA, un Manufacturing U.S. Institute financé par le ministère de la Défense, géré par The Advanced Regenerative Manufacturing Institute (ARMI), finance le projet."

Selon la proposition de projet, l'objectif est de développer des micro-tissus pouvant être utilisés dans des applications commerciales de développement de médicaments. L'objectif de la recherche est de générer in vitro des micro-tissus hépatiques bio-fabriqués de dimensions et de composition cellulaire définies, qui aura des niveaux de reproductibilité élevés en termes de métrologie, fonction cellulaire, et la sensibilité des cellules aux médicaments et aux composés d'essai.

La proposition présente trois volets :

1. Un nouveau système de bio-fabrication et de culture 3D qui facilite précis, bio-impression 3D haute résolution de plusieurs composants, surveillance et dosage des micro-tissus, et l'entretien des micro-tissus par l'échange ou le passage des médias;
2. Combinaisons de cellules hépatiques et de matériaux extracellulaires imprimées en 3D dans de nombreuses microstructures différentes qui seront surveillées pour les critères de réponse ; et
3. Solutions avancées d'automatisation et d'ingénierie.

Le projet sera une collaboration étroite entre UF et les partenaires de l'industrie. Les chercheurs du projet prévoient que leurs résultats mèneront à de nouveaux produits, y compris des micro-tissus emballés pouvant être utilisés pour modéliser la toxicité hépatique humaine de composés pharmaceutiques dans le développement et les tests avancés de médicaments.

Ce projet produira également l'instrumentation, technique, et les analyses nécessaires pour bio-fabriquer de petits substituts d'une multitude de différents types de tissus dans la prochaine phase de la recherche.

Le Dr Angelini a résumé le travail de son équipe, « L'engagement dévoué de notre laboratoire à prouver les bases solides de notre système de culture 3D de bio-fabrication fait de nous un partenaire de choix fiable dans cette entreprise révolutionnaire visant à mettre sur le marché des médicaments et des traitements efficaces dans un environnement plus sûr, plus vite, manière moins coûteuse."

« Les chercheurs en génie contribuent de plus en plus directement à la recherche en traduction clinique qui pourrait entraîner des avantages solides et immédiats ayant un impact sur les personnes et les populations. Ce que le Dr Angelini et ses étudiants ont fait était exemplaire des nouveaux ingénieurs qui transformeront la société du futur, " a conclu le Dr Forrest Masters, Doyen associé de la recherche du Herbert Wertheim College of Engineering.