Le cœur imprimé en 3D peut battre avec une nouvelle encre infusée de fibres

Les maladies cardiaques sont l’une des principales causes de décès dans le monde. Elle est si répandue que selon les Centres de contrôle et de prévention des maladies (CDC), une personne meurt toutes les 33 secondes aux États-Unis d’une maladie cardiovasculaire, celle-ci étant responsable d’1 décès sur 5, soit environ 695 000 personnes, en 2021. Ainsi , la recherche de traitement est impérative. Heureusement, les scientifiques de Harvard ont récemment fait une percée grâce à la bio-impression. En utilisant une encre spéciale infusée de fibres, ils affirment qu’ils sont capables d’imprimer en 3D un ventricule cardiaque fonctionnel qui peut imiter les battements d’un cœur humain.

Ce n’est pas la première fois que la bio-impression est utilisée pour créer des organes. Actuellement, il y a une pénurie de dons d’organes et bien que selon le réseau d’approvisionnement et de transplantation d’organes, plus de 42 000 greffes ont eu lieu rien qu’en 2022, au moins 17 personnes meurent chaque jour en attendant une greffe d’organe. Pour combler cette lacune, la bio-impression, ou le fait d’utiliser de vraies cellules pour imprimer des parties vivantes, a été présentée comme un concurrent sérieux. Cependant, bien que la recherche se poursuive, la viabilité a été difficile à établir. En permettant la création de tissus qui peuvent réellement battre, cela nous rapprocherait non seulement de la possibilité de créer des tissus imprimés en 3D pour la recherche, mais aussi d’imprimer des organes entiers.

Suji Choi, associé de recherche chez SEAS et premier auteur de l’article, explique «Les gens ont essayé de reproduire les structures et les fonctions des organes pour tester l’innocuité et l’efficacité des médicaments afin de prédire ce qui pourrait se passer en milieu clinique. L’encre FIG est capable de s’écouler à travers la buse d’impression mais, une fois la structure imprimée, elle conserve sa forme 3D. Grâce à ces propriétés, j’ai découvert qu’il était possible d’imprimer une structure semblable à un ventricule et d’autres formes 3D complexes sans utiliser de matériaux de support ou d’échafaudages supplémentaires. »

Création d’un cœur imprimé en 3D fonctionnel

Dans un article publié dans Nature Materials, les chercheurs, issus de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), montrent comment ils ont développé une nouvelle encre hydrogel infusée de fibres de gélatine, appelée fibre – Encre gel infusée (FIB). Cela a ensuite été utilisé pour permettre l’impression 3D d’un ventricule cardiaque fonctionnel qui peut même imiter les battements d’un vrai cœur humain. L’encre est imprimée à travers une buse et contrairement à d’autres encres, la structure est capable de conserver sa forme 3D immédiatement après l’impression, grâce à l’inclusion des fibres, permettant ainsi d’imprimer une structure semblable à un ventricule sans utiliser de matériaux de support supplémentaires ou échafaudages selon Choi. De plus, l’équipe a pu contrôler la direction d’impression pour ensuite contrôler l’alignement des cellules du muscle cardiaque.

Une fois la stimulation électrique appliquée, elle a déclenché une vague coordonnée de contractions en alignement avec la direction de ces fibres, essentiellement en pompant. Et bien que cette version soit assez simplifiée et miniaturisée, les chercheurs travaillent à la construction de tissus cardiaques plus réalistes avec des muscles plus épais. Actuellement, le ventricule imprimé en 3D peut déjà pomper 5 à 210 fois plus de volume de fluide que les cœurs imprimés en 3D précédents, ouvrant ainsi la voie à la construction de valves cardiaques, de cœurs miniatures à double chambre et plus encore.

Kevin “Kit” Parker, professeur de bio-ingénierie et de physique appliquée de la famille Tarr et chef du groupe de biophysique des maladies à SEAS ainsi qu’un auteur principal de l’article, conclut « Les FIG ne sont qu’un des outils que nous avons développés pour la fabrication additive. Nous avons d’autres méthodes en développement alors que nous poursuivons notre quête pour construire des tissus humains pour la thérapeutique régénérative. L’objectif n’est pas d’être guidé par les outils – nous sommes agnostiques vis-à-vis des outils dans notre recherche d’une meilleure façon de construire la biologie. Vous pouvez en savoir plus, y compris la méthode de fabrication des fibres, dans le communiqué de presse ICI.

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