Université de Californie, San Diego NanoEngineers a remporté une subvention des National Institutes of Health (NIH) pour développer les outils permettant de fabriquer des cadres biodégradables autour desquels les tissus cardiaques – vaisseaux sanguins fonctionnels inclus – se développeront. Développer des méthodes pour cultiver des tissus qui imitent les détails fins de la nature, y compris le système vasculaire, pourrait conduire à des percées dans les efforts visant à cultiver des tissus cardiaques de remplacement pour les personnes ayant subi une crise cardiaque. Les travaux pourraient également conduire à de meilleurs systèmes pour la croissance et l'étude des cellules, y compris les cellules souches, dans le laboratoire.

Le professeur Shaochen Chen du département de nano-ingénierie de l'UC San Diego est le chercheur principal de la subvention de 1,5 million de dollars sur quatre ans des National Institutes of Health. La subvention finance le développement de la plate-forme de fabrication nécessaire pour produire ces cadres biodégradables ou « échafaudages ».

"Nous créons des biomatériaux avec des nanostructures à l'intérieur, " a déclaré Chen. "Scientifiquement, il y a tellement d'opportunités au niveau moléculaire, et la nano-ingénierie convient parfaitement à cela. Nous nous attendons à ce que notre nouvelle plate-forme de biofabrication produise des tissus qui imitent beaucoup plus étroitement les tissus naturels. »

L'une de ces opportunités est d'ajouter de nouveaux niveaux de précision et de fonctionnalité aux échafaudages produits par la "plate-forme de biofabrication" que Chen et ses collaborateurs ont inventée et améliorée au cours des cinq dernières années.

Avec la plateforme de biofabrication améliorée, Les ingénieurs du département de nanoingénierie de l'école d'ingénierie Jacobs de l'UC San Diego seront en mesure de produire des échafaudages avec des systèmes conçus avec précision de pores à l'échelle nanométrique et d'autres détails microarchitecturaux qui contrôlent la façon dont les cellules interagissent les unes avec les autres et avec l'environnement.

« Vous devez concevoir les pores de manière à ce que la cellule puisse se nourrir et évacuer les déchets… des voies permettant à la cellule de survivre dans le système, " expliqua Chen.

Les chercheurs prévoient également de créer des échafaudages avec des tubes, puis ensemencer ces tubes avec les cellules qui tapissent les vaisseaux sanguins – les cellules endothéliales – afin d'essayer de générer des systèmes vasculaires fonctionnels. L'absence de vaisseaux sanguins dans la plupart des systèmes de régénération tissulaire entraîne la mort cellulaire, perte de fonction, et limite la taille maximale des tissus régénérés.

En outre, les propriétés chimiques des nouveaux échafaudages vont changer de haut en bas, ce qui créera des gradients chimiques qui stimuleront la croissance cellulaire.

Comme dans les versions précédentes du système de construction d'échafaudages de Chen, les cellules seront encapsulées dans des parois d'échafaudage.

"D'habitude, lorsque les chercheurs cultivent des tissus, ils font un échafaudage, mettre les cellules dans l'échafaudage et laisser les cellules se développer, " expliqua Chen. " Quand nous fabriquons nos échafaudages, les cellules sont déjà à l'intérieur des parois de l'échafaudage. » L'encapsulation des cellules dans les parois encourage un ensemencement uniforme des cellules.

Les échafaudages seront à base de matériaux naturels tels que l'acide hyaluronique, un élément clé de la "matrice extracellulaire" qui fournit un support structurel, cicatrisation des plaies, et une gamme d'autres fonctions aux tissus humains et autres animaux.

"Les hydrogels pour nos échafaudages ne doivent pas être trop mous, trop collant ou trop rigide. Ils doivent répondre aux besoins du tissu biologique, " dit Chen.

Les collaborateurs de la Harvard Medical School développeront et caractériseront les tissus commencés sur les échafaudages.

Bio-impression par projection

Pour fabriquer des échafaudages en tissu, Chen et ses collègues ont développé et continuent d'affiner un processus de fabrication qui utilise la lumière, miroirs contrôlés avec précision, et un système de projection informatique. D'abord, les ingénieurs conçoivent un modèle tridimensionnel de la structure à imprimer. Prochain, les ingénieurs préparent une solution contenant à la fois les cellules qui finiront par se développer dans le tissu et les polymères qui se solidifieront dans l'échafaudage. Lorsque la lumière brille dans la solution à l'aide de la série de miroirs, l'échafaudage se solidifie selon les spécifications exactes de l'image projetée.

Suite à ces étapes, des échafaudages sont fabriqués et les cellules sont encapsulées dans des parois d'échafaudage pendant que la lumière solidifie les polymères une couche à la fois.

"Avec notre plateforme de biofabrication, nous pouvons construire arbitrairement, formes tridimensionnelles, comme des branches de vaisseaux sanguins, et tubes - grands et petits, ", a déclaré Chen. Je me concentre sur la fabrication des matériaux et le niveau des dispositifs. Ce travail est applicable à de nombreux types différents de cellules et de tissus. "