Image de microscopie électronique à balayage de cellules endothéliales cultivées sur l'échafaudage tubulaire. Les cellules ont construit une barrière biologique résultant en un système biohybride qui ressemble à son modèle naturel. Crédit :IIT-Istituto Italiano di Tecnologia
Des chercheurs de l'IIT-Istituto Italiano di Tecnologia ont fabriqué un dispositif artificiel reproduisant un modèle à l'échelle 1:1 de la barrière hémato-encéphalique (BHE), la structure anatomique et fonctionnelle qui protège le système nerveux central des toxines extérieures, mais qui filtre également les médicaments lorsqu'ils sont injectés par voie intraveineuse. Le dispositif, qui est une combinaison de composants artificiels et biologiques, est fondamentale pour étudier de nouvelles stratégies thérapeutiques pour surmonter la barrière hémato-encéphalique et traiter les affections cérébrales telles que les tumeurs.
L'étude a été coordonnée par Gianni Ciofani, chercheur à l'IIT de Pontedera (Pise) et professeur au Politecnico di Torino. L'appareil est décrit dans un article publié aujourd'hui dans Petit . Il s'agit d'un dispositif microfluidique qui combine des composants artificiels fabriqués avec des techniques de microfabrication avancées en 3D (lithographie à deux photons) et des cellules endothéliales.
La micro-impression a été réalisée avec des technologies d'impression 3D avancées qui utilisent un laser qui balaye un photopolymère liquide et solidifie le matériau localement et couche par couche, construire des objets 3-D complexes avec une résolution submicronique. Grâce à cette technique de fabrication, les chercheurs ont pu concevoir un Modèle grandeur nature du BBB réalisé à partir d'une résine photopolymère. Imitant les microcapillaires du cerveau, le modèle consiste en un système microfluidique de 50 canaux cylindriques parallèles reliés par des jonctions et présentant des pores sur les parois du cylindre. Chacune des structures tubulaires a un diamètre de 10 µm et des pores de 1 µm de diamètre uniformément répartis sur tous les cylindres. Après la fabrication du complexe, structure polymère de type échafaudage, des cellules endothéliales ont été cultivées autour du système microcapillaire poreux. Couvrant la structure imprimée en 3D, les cellules ont construit une barrière biologique résultant en un système biohybride ressemblant à son modèle naturel. L'appareil mesure quelques millimètres et les fluides peuvent le traverser à la même pression que le sang dans les vaisseaux cérébraux.
Image confocale du modèle de barrière hémato-encéphalique microfluidique bio-hybride 3-D :les cellules endothéliales ont été colorées en bleu pour les noyaux, en rouge pour la f-actine, en vert pour les carrefours serrés. Crédit :IIT-Istituto Italiano di Tecnologia
Le prototype a été développé grâce à une approche extrêmement multidisciplinaire basée sur des compétences en micro-nanofabrication, modélisation et dynamique microfluidique.
À l'avenir, les chercheurs utiliseront l'appareil pour comprendre l'interaction de médicaments ou de nano-vecteurs d'administration de médicaments pour surmonter la barrière hémato-encéphalique et cibler le système nerveux central. L'objectif principal est de trouver de nouvelles stratégies thérapeutiques pour le traitement du cancer du cerveau et des maladies du cerveau, comme la maladie d'Alzheimer et la sclérose en plaques.
