Impression d’implants à partir de cellules vivantes pour prévenir l’ostéoarthrite
L’ostéoarthrite (OA) est une maladie dégénérative des articulations qui touche à la fois le tissu conjonctif et l’os sous-jacent. Bien qu’elle soit généralement associée à une population vieillissante, l’OA peut également survenir chez des patients jeunes, par exemple à la suite de graves blessures sportives ou d’autres causes de traumatismes à fort impact. «Des lésions ostéochondrales profondes (problèmes affectant à la fois le cartilage articulaire et l’os) peuvent déclencher l’OA à un jeune âge», explique le coordinateur du projet JOINTPROMISE(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) Ioannis Papantoniou(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) de la KU Leuven en Belgique. «Une fois déclenchée, l’OA est irréversible. Elle peut conduire à la pose d’une prothèse du genou relativement tôt, souvent entre 40 et 50 ans.» Or, les implants synthétiques actuels ont une durée de vie maximale de 15 ans et une fois usés, ils doivent être remplacés. «Pendant cette période, l’os du patient peut avoir continué à dégénérer, ce qui signifie qu’il n’est plus possible de procéder à un remplacement à l’identique», explique Ioannis Papantoniou. «Le processus est beaucoup plus complexe.» L’OA peut donc entraîner des problèmes de mobilité tout au long de la vie, et des coûts importants pour le patient et la société.
Synchroniser la régénération des os et du cartilage
Le projet JOINTPROMISE a cherché à relever ce défi en développant des implants articulaires capables de synchroniser la régénération du cartilage et de l’os sous-jacent. En traitant la blessure sous-jacente, les jeunes patients auraient de meilleures chances de se rétablir et d’éviter l’OA. Le projet a été à l’origine de nouveaux développements dans la technologie des organoïdes, des versions miniaturisées et simplifiées d’organes humains cultivés in vitro à partir de cellules souches. «Les organoïdes que nous avons développés sont des blocs de construction préprogrammés utilisés pour concevoir ces implants», souligne Ioannis Papantoniou. «Une fois implantés, ils savent comment piloter les processus de régénération nécessaires.» La bio-impression constitue autre élément clé du projet. Des «bio-encres», un mélange de cellules vivantes et de biomatériaux, ont été utilisées pour imprimer en 3D des structures tissulaires fonctionnelles.
Processus de bioréacteur rationalisé et automatisé
Le projet a ensuite dû déterminer comment produire des milliers, voire des millions de ces organoïdes à grande échelle. «Pour ce faire, nous avons construit une mini-usine avec nos partenaires, à la KU Leuven», ajoute Ioannis Papantoniou. «Ce procédé automatisé associe bioréacteurs et bio-impression, et transforme des cellules individuelles en organoïdes, puis les assemble en implants de plus grande taille, tout en permettant la numérisation de processus encore largement manuels.» La mini-usine a été testée et validée durant le projet. La faisabilité et l’efficacité de l’implant ont été étudiées sur des modèles animaux. La prochaine étape consistera à réaliser des essais cliniques humains. «La plateforme de la KU Leuven a été développée et validée après la fin du projet», explique Ioannis Papantoniou. «Il s’agit d’une étape importante vers la production d’implants vivants dans un environnement supervisé, contrôlé et automatisé, avec une intervention manuelle minimale durant la fabrication.»
Avantages des implants biotechnologiques
Une fois introduits en milieu clinique, ces implants biotechnologiques pourraient considérablement améliorer la qualité de vie des patients, grâce à la régénération de l’os sous-chondral et du cartilage articulaire et à la prévention de l’OA. Cela permettra d’alléger la charge qui pèse sur les systèmes de santé. Ioannis Papantoniou considère également que cette innovation présente un énorme potentiel dans de nombreux scénarios, pas uniquement pour les jeunes souffrant de blessures sportives. Les zones de conflit où des citoyens risquent d’être blessés en sont un parfait exemple. La technologie développée pour créer des bio-implants à grande échelle pourrait également être utilisée dans d’autres contextes. «Nos solutions s’appliquent aux articulations, mais la plateforme robotique que nous avons construite et qui intègre bioréacteur et bio-impression pourrait également être utilisée pour produire des organoïdes rénaux ou cardiaques», souligne Ioannis Papantoniou. «Cette technologie permettrait de produire différents types d’implants tissulaires pour différents types de patients.»