Des échafaudages avec une architecture poreuse sur mesure pour une meilleure ingénierie tissulaire
Les échafaudages fournissent le cadre structurel et mécanique pour les tissus cultivés en laboratoire, en imitant étroitement le microenvironnement 3D natif. Certains échafaudages sont fabriqués à partir de matériaux biologiques très poreux, qui fournissent un support approprié pour que les cellules s’y fixent et s’y développent. Étudier l’architecture des échafaudages Concevoir des conditions appropriées pour les tissus développés en laboratoire peut ouvrir de nouvelles voies de recherche qui finiront par permettre une meilleure réparation des tissus et des organes. Avec le soutien du programme Marie Curie, le projet 3DSTAR a étudié l’influence de l’architecture poreuse des échafaudages grâce à une expérimentation in vitro systématique et à une caractérisation de la structure. «Notre objectif consistait à déterminer les conditions spatiales optimales requises pour faire une culture osseuse et microvasculaire dans une boîte de Petri», explique la Dre Sasha Berdichevski, titulaire d’une bourse Marie Skłodowska-Curie. La chercheuse a eu recours à la lyophilisation pour produire des configurations d’échafaudage alignés aléatoirement (isotropes) et alignés de façon unidirectionnelle (anisotropes). Elle a caractérisé l’architecture poreuse grâce à la tomographie à rayons X et à un code qui a été développé localement. Des expériences comparatives testant des échafaudages avec différentes configurations de porosité ont permis de déterminer comment la géométrie 3D des pores affectait la façon dont les cellules se fixent, se développent, puis commencent à produire le tissu mis au point. L’organisation vasculaire et la formation osseuse des échafaudages générés ont été évaluées par immunohistochimie, par imagerie confocale ainsi que grâce à une série de tests moléculaires et biochimiques. Une attention particulière a été portée à la perméabilité des échafaudages en fonction des caractéristiques de l’architecture poreuse. Selon la Dre Berdichevski, «la perméabilité s’avère essentielle pour la diffusion des éléments nutritifs et l’élimination des déchets, mais elle a été très peu étudiée». Des expériences in vitro sur différents types de cellules dans diverses conditions de culture ont aidé les scientifiques à comprendre comment la structure d’un échafaudage affecte l’organisation des cellules endothéliales en structures de type vasculaire, ainsi que la différenciation et la minéralisation des ostéoblastes. Les données expérimentales ont démontré que les échafaudages anisotropes étaient préférables pour la formation des os et des micro-vaisseaux. De plus, lorsque les cellules des vaisseaux sanguins sont co-cultivées avec des cellules de soutien, elles favorisent une meilleure vascularisation des échafaudages. L’avenir de l’ingénierie tissulaire L’étude 3DSTAR permet de mieux comprendre les conditions propices à la formation in vitro de tissus osseux et de réseaux capillaires, ce qui est susceptible d’aider à mettre au point le micro-environnement approprié pour la croissance d’organes vascularisés et d’os entiers. À l’avenir, il est prévu d’étudier les échafaudages anisotropes vides et ensemencés de cellules dans la formation osseuse in vivo. Une analyse de la réponse immunitaire de l’hôte contre les échafaudages vascularisés ou osseux doit être effectuée dans les deux configurations 3D, avant d’aller plus loin en ce qui concerne leur utilisation in vivo. Dans l’ensemble, l’ingénierie tissulaire est porteuse de nombreuses promesses pour la régénération d’organes, car elle permet de s’affranchir de la nécessité de disposer d’organes provenant de donneurs et de prévenir les rejets d’organes. Outre le fait d’améliorer la qualité de vie de nombreuses personnes, l’ingénierie tissulaire permet aux avancées scientifiques et technologiques provenant de la recherche universitaire et de l’industrie pharmaceutique de servir de plateforme pour les tests de médicaments ou d’alternatives aux modèles actuels de pathologies humaines. En ce qui concerne l’avenir, la Dre Berdichevski espère un «transfert réussi des recherches sur les échafaudages vers la pratique clinique, permettant de sauver la vie de certains patients».
Mots‑clés
3DSTAR, échafaudage, os, pores, ingénierie tissulaire, in vitro, vascularisé, microvascularisation, perméabilité
