Organes imprimés en 3D : l’avenir de la transplantation

Abonnez-vous à la newsletter scientifique Wonder Theory de CNN. Explorez l’univers avec des nouvelles sur des découvertes fascinantes, des avancées scientifiques et plus encore.

CNN
—

Et si les médecins pouvaient simplement imprimer un rein en utilisant les cellules du patient au lieu de devoir trouver un donneur compatible et espérer que le corps du patient ne rejette pas le rein transplanté ?

Cela pourrait se produire au plus tôt dans une décennie, grâce à la bio-impression 3D des organes, a déclaré Jennifer Lewis, professeure au Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de l’Université de Harvard. La bioimpression d’organes est l’utilisation de technologies d’impression 3D pour assembler plusieurs types de cellules, facteurs de croissance et biomatériaux couche par couche afin de produire des organes bioartificiels qui imitent idéalement leurs homologues naturels. étude 2019.

Ce type de médecine régénérative en est aux premiers stades de développement, et la force motrice de cette innovation est “un véritable besoin humain”, a déclaré Lewis.

Aux États-Unis, au 8 mars 2023, 106 800 hommes, femmes et enfants figuraient sur la liste d’attente nationale pour la transplantation d’organes. Gestion des ressources et des services de santé. Cependant, les donneurs vivants fournissent seulement environ 6000 organes en moyenne, il y a environ 8 000 donneurs décédés par an, chacun fournissant en moyenne 3,5 organes.

La raison de cet écart est “une combinaison de personnes qui subissent des événements de santé catastrophiques mais dont les organes ne sont pas de qualité suffisante pour donner, ou ne figurent pas sur la liste des donneurs d’organes pour commencer, et le fait qu’il est en fait très difficile de trouver une correspondance appropriée” avec le corps du patient n’a pas rejeté l’organe transplanté, a déclaré Lewis.

Et bien que les donneurs vivants soient une option, “faire une intervention chirurgicale sur quelqu’un qui n’en a pas besoin” est un gros risque, a déclaré le Dr. Anthony Atala, directeur du Wake Forest Institute for Regenerative Medicine. “Ainsi, les donneurs apparentés vivants ne sont généralement pas la voie privilégiée, car vous enlevez alors l’organe à quelqu’un d’autre qui pourrait en avoir besoin, surtout maintenant que nous vieillissons.”

Atala et ses collègues étaient responsables vessie humaine en croissance en 2006 à la main dans le laboratoire et a implanté un organe interne compliqué chez l’homme pour la première fois – sauver des vies de trois enfants qui avaient des implants vésicaux.

Chaque jour, 17 personnes meurent en attendant une greffe d’organe, selon la Health Resources & Services Administration. Et toutes les 10 minutes, une autre personne est ajoutée à la liste d’attente, précise l’agence. Plus de 90 % des personnes inscrites sur la liste des greffes en 2021 avaient besoin d’un rein.

“Environ un million de personnes dans le monde ont besoin de reins. Ils souffrent donc d’insuffisance rénale terminale et doivent suivre une dialyse », a déclaré Lewis. « Une fois que vous êtes sous dialyse, il vous reste en gros cinq ans à vivre et chaque année votre mortalité augmente de 15 %. La dialyse est très dure pour votre corps. C’est donc vraiment motivant de relever ce grand défi qu’est l’impression d’organes.”

“Il y a beaucoup de pilules antihypertensives. Quiconque en a besoin peut les obtenir », a déclaré Martine Rothblatt, PDG et présidente de United Therapeutics, en juin 2022. La vie elle-même conférence, événement santé et bien-être présenté en association avec CNN. United Therapeutics était l’un des sponsors de la conférence.

“Il n’y a aucune raison pratique pour laquelle quelqu’un qui a besoin d’un rein – ou d’un poumon, d’un cœur, d’un foie – ne devrait pas pouvoir en obtenir un”, a-t-elle ajouté. “Nous utilisons la technologie pour résoudre ce problème.”

Pour commencer le processus de bio-impression d’un organe, les médecins commencent généralement avec les propres cellules du patient. Ils prennent une petite biopsie à l’aiguille de l’organe ou pratiquent une chirurgie mini-invasive qui enlève un petit morceau de tissu, “moins de la moitié de la taille d’un timbre-poste”, a déclaré Atala. “En retirant ce petit morceau de tissu, nous sommes capables de séparer les cellules les unes des autres (et) de développer et d’étendre les cellules à l’extérieur du corps.”

Cette croissance se produit dans un incubateur stérile, ou bioréacteur, un récipient sous pression en acier inoxydable qui aide les cellules à nourrir les nutriments – appelés “médias” – les médecins les nourrissent toutes les 24 heures car les cellules ont leur propre métabolisme, a déclaré Lewis. Chaque type de cellule a un milieu différent, et l’incubateur, ou bioréacteur, agit comme un dispositif semblable à un four qui imite la température interne et l’oxygénation du corps humain, a déclaré Atala.

“Ensuite, nous le mélangeons avec ce gel, qui est comme de la colle”, a déclaré Atala. “Chaque organe de votre corps a des cellules et de la colle qui le maintiennent ensemble. Fondamentalement, on l’appelle aussi la “matrice extracellulaire”.”

La colle est le surnom d’Atal pour bioink, un mélange imprimable de cellules vivantes, de molécules riches en eau appelées hydrogels et de milieux et de facteurs de croissance qui aident les cellules à continuer à proliférer et à se différencier, a déclaré Lewis. Les hydrogels imitent la matrice extracellulaire du corps humain, qui contient des substances telles que des protéines, du collagène et de l’acide hyaluronique.

Une partie de la colle qui ne contient pas de cellules peut être fabriquée en laboratoire et “aura les mêmes propriétés que le tissu que vous essayez de remplacer”, a déclaré Atala.

Les biomatériaux utilisés doivent généralement être non toxiques, biodégradables et biocompatibles pour éviter une réponse immunitaire négative, a déclaré Lewis. Le collagène et la gélatine sont deux des biomatériaux les plus couramment utilisés pour la bioimpression de tissus ou d’organes.

À partir de là, les médecins placent chaque bio-encre – en fonction du nombre de types de cellules qu’ils souhaitent imprimer – dans une chambre d’impression, “en utilisant une tête d’impression et une buse pour faire sortir l’encre et créer le matériau couche par couche”, explique Lewis. a dit. La création de tissus aux propriétés personnalisées est rendue possible par la programmation d’imprimantes à l’aide de données d’imagerie de patients provenant de rayons X ou de scans, a déclaré Atala.

“Avec une imprimante couleur, vous avez plusieurs cartouches différentes et chaque cartouche imprime une couleur différente et vous choisissez votre couleur (finale)”, a ajouté Atala. La bio-impression est la même; vous utilisez simplement des cellules au lieu des encres traditionnelles.

La durée du processus d’impression dépend de plusieurs facteurs, notamment l’organe ou le tissu imprimé, la finesse de la résolution et le nombre de têtes d’impression nécessaires, a déclaré Lewis. Mais cela prend généralement quelques heures à plusieurs heures. Le délai entre la biopsie et l’implantation est d’environ quatre à six semaines, a déclaré Atala.

Le plus grand défi est “d’amener les organes à fonctionner comme ils sont censés le faire”, donc y parvenir “est le Saint Graal”, a déclaré Lewis.

“Tout comme lorsque vous prélevez un organe d’un donneur, vous devez immédiatement mettre cet organe dans le bioréacteur et commencer à le perfuser, sinon les cellules mourront”, a-t-elle ajouté. Perfuser un organe signifie lui fournir un liquide, généralement du sang ou un substitut du sang, par circulation à travers des vaisseaux sanguins ou d’autres canaux.

Selon la complexité de l’organe, le tissu doit parfois être davantage mûri dans un bioréacteur ou une autre connexion d’entraînement, a déclaré Lewis. “Il y a juste un certain nombre de problèmes et de problèmes de plomberie qui doivent être résolus pour que l’organe imprimé fonctionne réellement comme un organe humain in vivo (c’est-à-dire dans le corps). Et honnêtement, ce n’est pas encore complètement résolu.

Une fois qu’un organe bio-imprimé est implanté chez un patient, il se dégrade naturellement avec le temps, ce qui est bien, car il est conçu pour fonctionner.

“Vous pensez probablement, ‘Eh bien, qu’arrive-t-il au tissu? Va-t-il s’effondrer?” Pas vraiment”, a déclaré Atala. « Ces adhésifs se dissolvent et les cellules sentent que le pont cède ; ils sentent qu’ils n’ont plus de sol solide sous leurs pieds. Ainsi, les cellules font ce qu’elles font dans votre propre corps, c’est-à-dire qu’elles créent leur propre pont et fabriquent leur propre colle.

Atala et Lewis sont conservateurs dans leurs estimations du nombre d’années jusqu’à ce que des organes bio-imprimés entièrement fonctionnels soient implantés chez l’homme.

“Le domaine évolue rapidement, mais je pense que nous parlons d’une décennie et plus, même avec tous les progrès considérables qui ont été réalisés”, a déclaré Lewis.

“J’ai appris il y a tant d’années à ne jamais faire de prédictions car vous aurez toujours tort”, a déclaré Atala. “Il y a beaucoup de facteurs en ce qui concerne la fabrication et (réglementations de la Food and Drug Administration des États-Unis). Bien sûr, notre intérêt est de faire en sorte que les technologies soient avant tout sûres pour le patient.”

Chaque fois que la bio-impression d’organes devient une option abordable, l’abordabilité ne devrait pas être un problème pour les patients et leurs soignants.

Ils seront “disponibles à coup sûr”, a déclaré Atala. « Les coûts associés à la défaillance d’un organe sont très élevés. Le simple fait de garder un patient sous dialyse coûte plus d’un quart de million de dollars par an, juste pour garder un patient sous dialyse. Il est donc beaucoup moins cher de fabriquer un organe que vous pouvez implanter chez un patient.

Le coût moyen d’une greffe de rein en 2020 était de 442 500 $ recherche publiée par l’American Society of Nephrology — tandis Commerce de détail d’imprimantes 3D pour environ quelques milliers de dollars à plus de 100 000 $, selon leur complexité. Mais même lorsque des imprimantes bon marché sont disponibles, les parties coûteuses de la bio-impression peuvent inclure le maintien de banques de cellules de patients, la culture de cellules et la manipulation en toute sécurité des matériaux biologiques, a déclaré Lewis.

Certains des principaux coûts des greffes d’organes aujourd’hui sont “la récupération de l’organe du donneur, le coût du transport, puis bien sûr l’opération chirurgicale que subit le receveur, puis tous les soins et le suivi”, a déclaré Lewis. “Certains de ces coûts seraient toujours en jeu même s’ils étaient bio-imprimés.”