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Cellules souches et bio-impression 3D : la transformation de la médecine au XXIe siècle

Cellules souches et bio-impression 3D : la transformation de la médecine au XXIe siècle

19
Fév 2018

Kevin Dzobo, lauréat du NEF

Scientifiques et cliniciens, motivés par le besoin d’avoir des sources sûres et fiables de tissus et d’organes, ont développé des thérapies et des technologies qui peuvent être utilisées pour créer ou régénérer des tissus et des organes. La médecine régénérative et l’ingénierie tissulaire sont des domaines des sciences de la vie qui utilisent à la fois l’ingénierie et des principes biologiques pour promouvoir la régénération des tissus endommagés ou malades, en utilisant des cellules souches et la bio-impression 3D.

Le pouvoir régénérateur des cellules souches est tel que, si on leur donne les bonnes indications, elles peuvent se différencier en tissus et en organes de toutes sortes. Des résultats prometteurs ont déjà été obtenus pour la régénération de la peau, du cœur, des reins, du foie et d’anomalies congénitales. De plus, les cellules souches sont utilisées pour traiter plusieurs affections comme la sclérose en plaques, la leucémie, le cancer et le diabète. Et ce n’est que le début.

L’une des avancées technologiques les plus impressionnantes et les plus révolutionnaires de ces dernières décennies est l’impression 3D et, plus précisément, la bio-impression 3D. Pour réussir la bio-impression il faut disposer convenablement du matériel biologique, des cellules et des biomolécules telles que les facteurs de croissance. Afin d’imiter les tissus humains, la bio-impression 3D doit reproduire la structure complexe et l’organisation de la matrice extracellulaire et des diverses cellules présentes dans les tissus et les organes. Les tissus et les organes bio-imprimés en 3D doivent reproduire les systèmes vasculaires et nerveux de ceux qu’ils recopient.

A ses humbles débuts, l’impression 3D était utilisée dans l’industrie manufacturière et dans l’ingénierie. Aujourd’hui, c’est un moteur d’innovation en médecine. On estime que d’ici 2027, l’industrie mondiale de la bio-impression 3D pèsera près de 56 milliards de dollars. Des tissus fonctionnels complexes composés de biomatériaux, de cellules souches et de biomolécules ont déjà été imprimés. En outre, la possibilité de reprogrammer des cellules du patient lui-même afin de les utiliser pour la bio-impression 3D permet une impression personnalisée des tissus et des organes.

Il existe une multitude d’exemples de vies sauvées grâce à l’emploi de cellules souches et de la bio-impression 3D. Déjà, on imprime en 3D des prothèses et des appareils auditifs par exemple, pour une fraction de ce que coûtent les méthodes traditionnelles. Le sauvetage d’un bébé né avec un tissu des voies respiratoires trop faible, grâce à un tube imprimé en 3D pour maintenir celles-ci ouvertes, est un autre exemple.

L’agence américaine de régulation de l’alimentation et des médicaments (FDA) a approuvé l’impression 3D de médicaments tels que le Spritam, dans lequel des couches de poudre alternent avec des gouttelettes liquides. Cela permet au médicament de se dissoudre rapidement. À l’avenir, peut-être qu’au lieu de prendre plusieurs comprimés par jour, les patients n’en prendront qu’un, imprimé en 3D, qui les combinera tous. Imaginez qu’à la pharmacie, lorsque vous présenterez votre ordonnance, le pharmacien imprimera en 3D des comprimés composites, qui contiendront tous vos médicaments pour la journée. Les pays en développement en tireront énormément profit car, tant que vous disposez des ingrédients, l’impression 3D peut se faire partout dans le monde, ce qui réduit les coûts, en supprimant les frais d’expédition et les taxes.

En outre, des tissus et des organes bio-imprimés en 3D peuvent être utilisés pour tester de nouveaux médicaments et de nouvelles thérapies. Comme les tissus et les organes bio-imprimés sont fabriqués à partir de cellules souches humaines et de matériaux naturels, ils peuvent mieux prédire les résultats cliniques. On pourrait ainsi se passer des essais sur les animaux.

Les 10 prochaines années vont être déterminantes pour les cellules souches et la bio-impression 3D. Les progrès technologiques permettront la fabrication de greffons sur mesure adaptés à chaque patient, fabriqués à partir de ses propres cellules souches. Plus important encore, l’intégration des greffons sera améliorée, grâce aux progrès des connaissances sur la vascularisation des greffes et la formation des nerfs. Des connaissances accrues sur le comportement des cellules souches signifient que l’on peut contrôler la différenciation des cellules souches, ce qui réduit les craintes concernant la sûreté de leur utilisation.

Grâce à nos recherches, nous espérons produire un patch constitué de cellules souches et de matrice extracellulaire naturelle. Nous espérons que cela aidera et accélérera la guérison des tissus endommagés, du cartilage dans notre cas. L’endommagement du cartilage du genou est un problème important pour de nombreuses personnes. Actuellement, il est traité par un forage dans l’os qui libère des cellules souches susceptible de remplacer le cartilage abimé. C’est un procédé beaucoup trop invasif. Nous espérons que notre patch aidera à combler les trous et zones abimées dans le cartilage grâce à une matrice extracellulaire naturelle remplie de cellules souches dérivées de tissus adipeux, généralement jetés comme déchets médicaux. Le patch peut être moulé suivant différentes formes, en fonction des atteinte précises du cartilage.

Avec nos collaborateurs, nous espérons trouver des matrices extracellulaires d’inspiration naturelle qui peuvent améliorer la synthèse du nouveau cartilage par les cellules souches. Nous explorerons aussi la bio-impression du patch. Notre espoir est que la matrice extracellulaire se dissolve en laissant en place le bon tissu. Les cellules utilisées dans le patch peuvent provenir du patient : il s’agirait alors de médecine régénérative personnalisée.

Les soins ont déjà été considérablement modifiés par les cellules souches et la bio-impression 3D. Pour que le domaine de la médecine régénérative atteigne ses objectifs, il faudra réunir des spécialistes de différents domaines de la médecine ainsi que des ingénieurs et des physiciens. Un financement à long terme et stable sera nécessaire avant que nous puissions profiter de tous les avantages de la médecine régénérative. Avec les cellules souches et la bio-impression 3D, les possibilités sont infinies !

Kevin Dzobo

Kevin Dzobo est lauréat du NEF. Il est chercheur au Centre international d’ingéniérie génétique et de biotechnologie et maître de conférence au département de Sciences biomédicales intégratives de la faculté des sciences de l’université du Cap, en Afrique du Sud. Son objectif est le déchiffrement des réseaux de régulation fondamentaux impliqués dans le développement des cellules souches embryonnaires et mésenchymateuses, et l’application de ces connaissances pour élaborer de nouvelles stratégies en médecine régénérative et en ingéniérie tissulaire.

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    Kevin Dzobo
    Dr. Kevin Dzobo is a NEF Fellow and a Senior Research Scientist at the International Centre for Genetic Engineering and Biotechnology (ICGEB) and a Lecturer in Department of Integrative BioMedical Sciences, Faculty of Health, University of Cape Town. Kevin aim to decipher the fundamental regulatory networks involved in embryonic and mesenchymal stem cell fate decisions and to apply this knowledge to novel strategies in regenerative medicine and tissue engineering.
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