Un cœur humain de petite taille, imprimé en 3D, fabriqué à partir des matériaux et des cellules du patient. (Avec la permission de l'Université de Tel Aviv)

Les chercheurs de l’Université de Tel Aviv ont pu imprimer un cœur vivant dans le monde à l’aide d’une imprimante 3D en utilisant des tissus prélevés sur un patient.

Les scientifiques israéliens ont créé un cœur humain vascularisé qui correspond complètement aux propriétés immunologiques, cellulaires, biochimiques et anatomiques d’un patient humain, à l’aide d’une imprimante 3D.

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Jusqu’à présent, les scientifiques de la médecine régénérative qui est un domaine intégrant la biologie et la technologie ont réussi à imprimer des tissus simples sans vaisseaux sanguins.

Cette percée médicale majeure à l’Université de Tel Aviv vient d’être publiée dans la revue Advanced Science par le professeur Tal Dvir, chef d’équipe, sous le titre « Impression 3D de patchs et de cœurs cardiaques épais et parfaits personnalisables ». Il était assisté de Nadav Noor , Dr Assaf Shapira , Reuven Edri , Idan Gal et Lior Wertheim .

«C’est la première fois qu’il été imprimé avec succès un cœur rempli de cellules, de vaisseaux sanguins, de ventricules et de chambres», a déclaré Dvir du département science et génie des matériaux de l’école de biologie moléculaire et de biotechnologie de Tel Aviv, le Centre de Nanoscience et Nanotechnology et le Centre Sagol de biotechnologie régénérative.

Cet énorme succès laisse espérer qu’au bout d’une décennie environ, au lieu de mourir de maladie pour cause de défaillance d’organes ou d’attendre longtemps le cœur d’un donneur, les hôpitaux pourront l’imprimer ou d’autres organes à partir des cellules du destinataire potentiel.

Les maladies cardiaques sont la principale cause de décès chez les hommes et les femmes aux États-Unis et dans la majeure partie du monde moderne et la deuxième cause, après le cancer, en Israël. La transplantation cardiaque est actuellement le seul traitement disponible pour les patients atteints d’insuffisance cardiaque au stade terminal. Étant donné la grave pénurie de donneurs de coeur, il est urgent de développer de nouvelles approches pour régénérer le cœur malade.

«Ce cœur est composé de cellules humaines et de matériaux biologiques spécifiques au patient. Dans notre processus, ces matériaux servent d’encres bio, de substances à base de sucres et de protéines pouvant être utilisées pour l’impression 3D de modèles tissulaires complexes », a déclaré Dvir. «Les gens ont déjà réussi à imprimer en 3D la structure d’un cœur, mais pas avec des cellules ni avec des vaisseaux sanguins. Nos résultats démontrent le potentiel de notre approche pour l’ingénierie du remplacement personnalisé de tissus et d’organes dans le futur.  »

«À ce stade, notre cœur en 3D est petit, de la taille d’un cœur de lapin», a noté. Dvir. Mais des coeurs humains plus grands pourraient être créés en utilisant la même technologie, a-t-il ajouté.

Pour la recherche, une biopsie de tissu adipeux a été réalisée chez des patients. Les matériaux cellulaires et a-cellulaires du tissu ont ensuite été séparés. Alors que les cellules ont été reprogrammées pour devenir des cellules souches pluripotentes et efficacement différenciées en cellules cardiaques ou endothéliales, la matrice extracellulaire (MEC) – un réseau tridimensionnel de macromolécules extracellulaires telles que le collagène et les glycoprotéines a été transformée en un hydrogel personnalisé servant d’encre à imprimer. »

Les cellules différenciées ont ensuite été mélangées aux bio-encres et utilisées pour imprimer en 3D des patchs cardiaques compatibles avec le patient, spécifiques du patient, avec des vaisseaux sanguins et, par la suite, un cœur entier. Dvir a déclaré que l’utilisation de matériaux «natifs» spécifiques au patient est cruciale pour l’ingénierie réussie des tissus et des organes.

« La biocompatibilité des matériaux d’ingénierie est cruciale pour éliminer le risque de rejet des implants, ce qui compromet le succès de tels traitements », a souligné Dvir. «Idéalement, le biomatériau devrait posséder les mêmes propriétés biochimiques, mécaniques et topographiques des propres tissus du patient. Ici, nous pouvons rapporter une approche simple pour imprimer en 3D des tissus cardiaques épais, vascularisés et perfusables [le sang peut être forcé à travers les vaisseaux sanguins] qui correspondent parfaitement aux propriétés immunologiques, cellulaires, biochimiques et anatomiques du patient.  »

Les chercheurs prévoient maintenant de cultiver les cœurs imprimés dans le laboratoire et «leur apprendre à se comporter» comme des cœurs, a déclaré Dvir. Ils prévoient ensuite de transplanter le cœur imprimé en 3D dans des modèles animaux.

«Nous devons développer davantage le cœur imprimé», a-t-il conclu. «Les cellules doivent former une capacité de pompage; ils peuvent actuellement contracter, mais nous avons besoin qu’ils travaillent ensemble. Notre espoir est que nous réussirons et prouverons l’efficacité et l’utilité de notre méthode. « Peut-être que dans 10 ans, il y aura des imprimeurs d’organes dans les meilleurs hôpitaux du monde, et ces procédures seront effectuées de manière routinière. »

L’année dernière, Dvir et son équipe de laboratoire ont fabriqué le premier implant de tissu entièrement personnalisé, composé des cellules de l’estomac du patient et d’autres matériaux. Prendre du matériel acellulaire et le transformer en un matériau biologique qui supporte les cellules et permet de former un tissu fonctionnel est un pas important dans la voie de la percée actuelle.

Le matériel n’a pas déclenché de réponse immunitaire qui aurait entraîné le rejet du tissu par le receveur. Dvir a déclaré que le système pourrait être utilisé pour concevoir des implants tissulaires pour le cœur, la moelle épinière, la corticale et d’autres tissus afin de traiter diverses maladies.

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