La bio-impression 3D peut créer des échafaudages conçus qui imitent les tissus naturels. Le contrôle de l'organisation cellulaire au sein de ces échafaudages conçus pour les applications régénératives est un processus complexe et difficile.

Les tissus cellulaires ont tendance à être très ordonnés en termes de distribution spatiale et d'alignement, les échafaudages cellulaires issus de la bio-ingénierie pour les applications d'ingénierie tissulaire doivent donc ressembler étroitement à cette orientation pour pouvoir fonctionner comme un tissu naturel.

Dans Examens de physique appliquée , des éditions AIP, une équipe de recherche internationale décrit son approche pour diriger l'orientation des cellules dans les fibres d'hydrogel déposées via une méthode appelée bio-impression multicompartimentale.

L'équipe utilise un mélange statique pour fabriquer des fibres d'hydrogel striées formées de microfilaments emballés de différents hydrogels. Dans cette structure, certains compartiments offrent un environnement favorable à la prolifération cellulaire, tandis que d'autres agissent comme des indices morphologiques dirigeant l'alignement cellulaire. La fibre imprimée à l'échelle millimétrique avec la topologie microscopique peut rapidement organiser les cellules vers une maturation plus rapide du tissu modifié.

« Cette stratégie fonctionne sur deux principes, " a déclaré Ali Tamayol, co-auteur et professeur agrégé en génie biologique à UConn Health. « La formation de topographies repose sur la conception de fluide au sein de buses et le mélange contrôlé de deux précurseurs distincts. Après réticulation, les interfaces des deux matériaux servent de surfaces 3D pour fournir des repères topographiques aux cellules encapsulées dans le compartiment cellulaire permissif."

La bio-impression par extrusion est la méthode de bio-impression la plus largement utilisée. En bio-impression par extrusion, les fibres imprimées ont typiquement une taille de plusieurs centaines de micromètres avec des cellules orientées de manière aléatoire, ainsi, une technique fournissant des repères topographiques aux cellules au sein de ces fibres pour diriger leur organisation est hautement souhaitable.

La bioimpression par extrusion conventionnelle souffre également d'une contrainte de cisaillement élevée appliquée aux cellules lors de l'extrusion de filaments fins. Mais les caractéristiques à petite échelle de la technique proposée sont passives et ne compromettent pas les autres paramètres du processus d'impression.

Pour diriger l'organisation cellulaire, selon l'équipe, les échafaudages bio-imprimés en 3D basés sur l'extrusion doivent être fabriqués à partir de filaments très fins.

« Cela rend le procédé difficile et limite sa biocompatibilité et le nombre de matériaux pouvant être utilisés, mais avec cette stratégie, des filaments plus gros peuvent toujours diriger l'organisation cellulaire, " dit Tamayol.

Cette technique de bioimpression "permet la production de caractéristiques morphologiques des structures tissulaires - avec une résolution jusqu'à des tailles comparables à la dimension des cellules - pour contrôler le comportement cellulaire et former des structures biomimétiques, " a déclaré Tamayol. " Et cela montre un grand potentiel pour l'ingénierie des tissus fibrillaires tels que les muscles squelettiques, tendons, et ligaments."