Afin d’accroître la fabrication de biomatériaux, les chercheurs de l’Université de Berkeley ont combiné la bioimpression, un bras robotique et la congélation éclair en une méthode qui pourrait un jour permettre d’imprimer des tissus vivants, et même des organes entiers, sur demande. En imprimant les cellules en feuilles 2D et en les congelant assemblées, la nouvelle technique améliore la survie des cellules pendant la construction et le stockage.
Les biomatériaux ont un potentiel énorme en médecine et pour l’amélioration de la qualité de vie en général. En imprimant des cellules comme des gouttes de plastique pour former des structures 3D complexes, cela ouvre la possibilité de remplacer les organes transplantés par des organes spécialement imprimés à la demande, en utilisant les cellules souches du patient pour permettre une compatibilité tissulaire complète.
Le problème est que les processus actuels de bioimpression sont lents et n’évoluent pas très bien, car les cellules ont du mal à survivre au processus sans un contrôle très rigide de la température et de l’environnement chimique. Ceci est compliqué par le fait que les tissus et organes imprimés ont également des problèmes de stockage et de transport.
Pour surmonter ces problèmes, l’équipe de Berkeley s’est rabattue sur ce qu’on appelle la parallélisation. C’est-à-dire qu’au lieu, par exemple, d’imprimer un organe entier en une seule fois, les tissus sont imprimés simultanément en couches 2D qui sont ensuite empilées par un bras robotique pour créer la structure 3D finale.
Cela accélère déjà le processus, mais pour réduire la mort cellulaire, les couches sont immédiatement plongées dans un bain cryogénique pour les congeler. Selon l’équipe, cela fusionne les couches et optimise les conditions pour survivre au stockage et au transport, ainsi que le processus de congélation.
« À l’heure actuelle, la bioimpression est principalement utilisée pour créer un petit volume de tissu « , explique Boris Rubinsky, professeur de génie mécanique. « Le problème avec la bioimpression 3D est qu’il s’agit d’un processus très lent, donc vous ne pouvez rien imprimer en gros parce que les matériaux biologiques se détérioreront avant la fin. L’une de nos innovations est que nous congelons le matériel au fur et à mesure qu’il est imprimé, de sorte que le matériel biologique soit préservé et que nous puissions contrôler le taux de congélation. »
L’équipe affirme qu’une telle approche de la fabrication par couches n’est pas nouvelle, mais son application aux biomatériaux est une innovation. Contrairement aux métaux et aux plastiques, les tissus sont en grande partie constitués d’eau, de sorte que les couches de tissus incorporent des surfaces rigides hydrophiles et hydrophobes. Ceci permet d’imprimer les couches à un endroit et de les transporter à un autre pour l’assemblage.
Outre la création d’organes vivants, cette technique a d’autres applications, notamment dans la fabrication d’aliments congelés à l’échelle industrielle.
https://medicaldevices.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=2728063
https://engineering.berkeley.edu/2019/04/mass-producing-biomaterials
