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La création d'un tissu bio-artificiel fonctionnel

Les produits d'ingénierie tissulaire actuellement utilisés pour les thérapies de réparation sont des tissus non vascularisés comme le cartilage entouré d'un renfort cutané à deux couches. Des chercheurs européens ont développé des tissus bio-artificiels mous permettant de traiter brûlures et blessures en réduisant parallèlement la nécessité de l'expérimentation animale.
La création d'un tissu bio-artificiel fonctionnel
Le développement de tissus bio-fonctionnels imitant notre peau exige un système d'apport vasculaire capable de suppléer aux besoins tant nutritionnels que gazeux (oxygène) de nos cellules. Le projet ARTIVASC 3D (Artificial vascularized scaffolds for 3D-tissue-regeneration), financé par l'UE, a donc réussi à générer un tissu bio-artificiel entièrement vascularisé composé de couches épidermiques, dermiques et graisseuses (hypoderme).

Les chercheurs ont utilisé les techniques les plus avancées d'ingénierie tissulaire comme l'impression microscopique, la polymérisation multiphotonique à l'échelle nanométrique et le filage électrique pour construire matrices et vaisseaux sanguins. Tout en menant des études sur la modification biochimique des surfaces et la culture de cellules complexes, ces recherches ont permis le développement de prototypes appropriés dans le cadre de procédures de fabrication automatisées et standardisées.

Pendant la première partie du projet, une feuille de spécification de la matrice vasculaire a été mise en place et définie en termes d'assemblage du matériel, du bioréacteur et de la matrice. Après avoir testé plus de 40 formulations, les matériaux ont été présélectionnés en se basant sur leur biocompatibilité, leur élasticité et leur viscosité. Les chercheurs ont complété avec succès les tests de cytocompatibilité pour 18 matériaux différents, et au moins un représentant de chaque groupe a passé des tests de cytotoxicité.

Les membres du projet ont développé un banc d'essai de diffusion pour modéliser et optimiser les matrices d'hydrogel. Une simulation basée sur la mécanique des fluides numérique (CFD, pour computational fluid dynamics) et la conception automatisée assistée par ordinateur ont permis aux chercheurs de créer et d'optimiser le système vasculaire artificiel en trois dimensions.

Parallèlement, des partenaires du projet ont développé une technique «d'électrofilage inverse» pour fabriquer un maillage plus épais dans un temps plus court. L'association des matériaux électro-filés et d'hydrogel a ainsi montré une bonne adhésion et une tenue satisfaisante lors des essais.

Les essais sur les modèles murins ont montré quant à eux que l'incorporation des cellules vasculaires et graisseuses dans la matrice artificielle était possible. Les chercheurs ont également fabriqué des sphéroïdes cellulaires de pré-adipocytes et développé des méthodes de biofonctionnalisation.

Ils ont ainsi démontré que ce modèle de tissu artificiel à trois couches affichait des caractéristiques ressemblant à celles d'un tissu naturel. Lors des dernières expériences du projet, ces structures vasculaires ramifiées ont pu être incorporées avec succès dans le tissu adipeux avec des cellules environnantes et survivre plusieurs jours.

Au total, ce projet a permis à la bioingénierie de se rapprocher d'une matrice artificielle totalement vascularisée et fonctionnalisée mimant la peau naturelle. Ces travaux ont par conséquent des implications importantes en biomédecine et dans le secteur pharmaceutique, ils sont également en ligne avec les directives de l'UE concernant la réduction et/ou le remplacement de l'expérimentation animale par d'autres méthodes.

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Mots-clés

Tissu bio-artificiel, vascularisation, ARTIVASC 3D, matrice vasculaire, modèle de tissu artificiel à trois couches