Pouvoir régénérer « en live » pendant une chirurgie, à la fois des tissus mous comme la peau et des tissus durs comme les os, pour réparer par exemple des défauts craniomaxillo-faciaux complexes, difficiles à traiter en raison de la superposition de plusieurs types de tissus, sera bientôt possible, grâce à cette nouvelle technique de bio-impression. Développée par des bioingénieurs de la Penn State et présentée dans la revue Advanced Functional Materials, ce procédé de bio-impression cutanée et osseuse, illustre toute l’innovation promise par l’impression 3D en médecine régénérative.
La réparation des blessures traumatiques de la peau et des os du visage et du crâne est complexe mais aujourd’hui possible ou presque : ces chercheurs en apportent une première preuve de concept, chez la souris. Les chercheurs sont en effet parvenus à réparer ce type de défauts pendant la procédure chirurgicale et laissent ainsi espérer des méthodes plus rapides et plus efficaces de réparation et de cicatrisation de la peau et des os.
Produire et réparer la peau et les os pendants une chirurgie
Le Dr Ibrahim T. Ozbolat, professeur de génie biomédical et de neurochirurgie à la Penn State, résume les avantages du système : « traiter les défauts composites, fixer les tissus durs et mous à la fois, et de manière esthétique ». Aujourd’hui en effet, combler une lésion dans la paroi crânienne impliquant à la fois des os et des tissus mous nécessite l'utilisation d'os provenant d'une autre partie du corps du patient ou d'un cadavre. L'os doit être recouvert de tissus mous avec un flux sanguin, également prélevé ailleurs, sinon l'os mourra. Enfin, il faudra également réparer les tissus mous et la peau.
Reconstruire l'os et l'épiderme « en une seule fois » : la bio-impression par extrusion et la bio-impression par gouttelettes de mélanges de cellules et de matériaux de support, sont combinées ici pour imprimer à la fois des os et des tissus mous.
Les chercheurs ont d'abord « résolu » le problème du remplacement osseux, puis celui du remplacement cutané, en commençant en laboratoire puis en travaillant sur un modèle animal.
- L’encre tissulaire dure a été développée à partir de collagène, de chitosane et d'autres composés ainsi que de cellules souches mésenchymateuses – des cellules multipotentes présentes dans la moelle osseuse qui créent des os, du cartilage et de la graisse. Cette encre pour tissus durs une fois exposée à la température corporelle induit une réticulation physique du collagène et d'autres composés sans aucun changement chimique ou nécessité d'additif de réticulation (formation de fibres).
- L’encre pour tissus mous a été produite par impression par gouttelettes et développée à base de collagène et de fibrinogène en alternant les couches avec des composés de réticulation et de croissance. Chaque couche de peau, y compris l'épiderme et le derme, diffère, de sorte que les couches de tissus mous bio-imprimés diffèrent également en termes de composition.
Les études précliniques sur modèle animal ont été un succès, ont pu avoir lieu au cours d’une même intervention chirurgicale et s’avèrent donc prometteuses : « Cette approche était un défi, nous avons dû effectuer de très nombreux tests avant de trouver les bons matériaux pour les os, la peau et travailler beaucoup pour aboutir aux bonnes techniques de bio-impression». En pratique, après une imagerie minutieuse pour déterminer la géométrie du défaut crânien à réparer, les chercheurs ont déposé la couche osseuse, puis une couche barrière imitant le périoste, puis enfin une couche tissulaire fortement vascularisée qui entoure l'os du crâne.
« Il a fallu moins de 5 minutes pour que la bio-imprimante dépose la couche osseuse et les tissus mous ».
Les chercheurs vont maintenant travailler à traduire cette recherche en applications humaines avec l’expertise de neurochirurgiens, des chirurgiens craniomaxillofaciaux et de chirurgiens plasticiens du Penn State Hershey Medical Center.
Source: Advanced Functional Materials 22 April 2021 DOI: 10.1002/adfm.202010858 Intra‐Operative Bioprinting of Hard, Soft, and Hard/Soft Composite Tissues for Craniomaxillofacial Reconstruction
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