La nouvelle recherche et développement en biotechnologie en 2020 aidera à façonner la technologie biomédicale. Bien que de nombreux défis restent à relever, des progrès importants montrent le potentiel de la technologie en tant que source future de in situ bio-impression et enfin transplantation de tissus et d’organes. Cela a été une année très tumultueuse en conséquence Pandémie de covid-19, mais même les mesures de verrouillage les plus extrêmes n’ont pu empêcher l’étude scientifique de cette zone d’avancer. Nous avons vu des chercheurs exploiter de nouveaux systèmes, processus et bioinks de bio-impression 3D, créer des modèles d’organes et même des tissus bio-imprimés pour la recherche sur le COVID-19. 3DPrint.com a décrit dix des résultats de bio-impression les plus réussis qui ont donné à 2020 une lueur d’espoir.

Modèle de cœur réaliste bio FRESH

Des chercheurs du laboratoire Feinberg, au département de génie biomédical de l’Université Carnegie Mellon (CMU), ont bio-imprimé un modèle cardiaque qui imite la sensation réaliste, l’élasticité et les propriétés mécaniques du tissu cardiaque et est également suffisamment durable pour manipuler, suturer et perfuser, ce qui en un outil idéal pour la simulation chirurgicale et la formation. En utilisant leur technique de bioimpression Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (FRESH), le chercheur principal Adam Feinberg et ses collègues ont démontré avec succès que la bio-impression à grande échelle de structures de tissus cardiaques à base d’hydrogels mous peut être imprimée FRESH avec des programmes de formation chirurgicale potentiels.

Une aiguille imprime l’alginate dans un bain d’hydrogel, qui est ensuite fondu pour laisser le modèle de cœur fini. Image courtoisie de l’Université Carnegie Mellon / Adam Feinberg

Réseaux vasculaires complexes avec des lasers et du sucre

En utilisant du sucre en poudre et un frittage sélectif au laser, les chercheurs de l’Université Rice ont construit de grandes structures à partir de réseaux de sucre complexes, ramifiés et complexes qui se dissolvent pour créer des vaisseaux sanguins dans les tissus couverts de sang. Les découvertes de l’équipe ont failli imiter in vivo les conditions nécessaires pour générer des vaisseaux sanguins qui surmontent les complications de la vascularisation en impression 3D, l’un des plus grands défis de l’ingénierie tissulaire. La création de nouveaux procédés d’impression 3D et de biomatériaux pour la vascularisation fait partie des principales priorités des chercheurs du laboratoire de bioingénierie de Jordan Miller à Rice, qui a déjà une riche histoire d’utilisation du sucre pour construire des modèles de réseau vasculaire. Le travail rapproche la communauté de la bio-impression de la création d’organes et de tissus destinés à la transplantation.

Tissu pour la bio-impression pour la recherche sur le COVID-19

Anthony Atala du Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (WFIRM) en Caroline du Nord a mis au point un nouveau multi-organe sur puce pour tester la toxicité des médicaments. En collaboration avec d’autres chercheurs, Atala a publié un article en février 2020, affirmant que le « corps 3D sur une puce » pourrait conduire à un développement de médicaments plus rapide et plus économique ainsi que réduire le risque de retrait du médicament après son arrivée sur le marché. Mais ce n’est pas tout, le système organoïde 3D a pu démontrer la toxicité des médicaments, et nous avons également appris en juillet qu’il est utilisé pour la recherche sur le COVID-19. Tel que rapporté par New York TimesL’équipe d’Atala a bioimprimé des tissus vivants sur une micropuce et les a envoyés à un laboratoire de biosécurité de l’Université George Mason en Virginie, où ils ont été testés pour des médicaments pour combattre le nouveau virus COVID-19.

Dans une interview avec l’American College of Surgeons, Atala a suggéré qu’il utilise des structures de corps sur puce pour examiner à la fois l’infectivité du COVID-19 et de l’antidote ainsi que les niveaux de toxicité de l’antidote. Plus important encore, l’expert a déclaré que la technologie organoïde 3D dérivée de cellules peut être beaucoup plus utile que les lignées cellulaires dans une plaque de culture ou des modèles animaux. L’équipe teste deux antidotes différents, un pour les poumons et un pour les intestins, et examine comment différentes substances affectent ces organes.

Construction de tissus bioprint avec imprimante d’organes tissulaires intégrée (ITOP) sur WFIRM. Image courtoisie de WFIRM

Microrobot imprime des cellules saines à l’intérieur du corps

Des chercheurs de l’Université Tsinghua de Pékin en Chine ont développé une plate-forme de microbiographie qui pénètre dans le corps via un endoscope pour effectuer la réparation des tissus à l’intérieur du corps. Pour tester la nouvelle méthode, les chercheurs ont réparé avec succès les plaies gastriques en imprimant biologiquement un échafaudage tissulaire à deux couches dans un modèle d’estomac. Ils ont utilisé des hydrogels de gélatine-alginate avec des cellules épithéliales gastriques humaines et des cellules musculaires lisses gastriques humaines comme bioink pour imiter la structure anatomique d’un estomac, et une culture cellulaire de 10 jours a montré que les cellules imprimées restaient dans une viabilité élevée et une prolifération stable, indiquant la bonne fonction biologique des cellules dans les échafaudages de tissus imprimés. Le travail représente une avancée innovante dans la bio-impression et la science clinique. Comme les lésions de la paroi gastrique sont un problème courant dans le tube digestif, affectant 12% de la population mondiale, selon les auteurs de l’étude publiée dans Biofabrication, histoires courtes in situ in vivo La plateforme de bio-impression est un moyen potentiellement utile de résoudre le problème.

Gros plan du robot prototype dans un modèle imprimé en 3D d’un ventre humain. Image courtoisie de New Atlas / Tsinghua University

Nouveau Bioink pour l’impression 3D à l’intérieur du corps

Les chercheurs ont développé un bioink spécialement formulé pour biofabriquer des échafaudages de tissus 3D à l’intérieur d’un patient vivant d’une manière peu invasive. L’étude, publiée dans la revue Biofabrication en juillet 2020, il est issu d’une collaboration entre des chercheurs du Terasaki Institute, de l’Ohio State University et de la Pennsylvania State University. Il se concentre sur une toute nouvelle formulation de biomatériau qui peut être imprimée en 3D aux types de températures trouvées dans le corps et réticulée en utilisant la lumière visible à l’intérieur du corps pour construire des échafaudages fabriqués en 3D à l’aide de l’impression 3D robotique avec des dimensions cliniquement pertinentes et cohérentes structures. Le travail pourrait permettre la livraison des cellules et des matériaux appropriés directement au défaut dans la salle d’opération (OU).

Une structure en treillis implantée directement dans les tissus vivants mous. Image avec l’aimable autorisation de l’Ohio State University

Bioprinting sur l’ISS: le cosmonaute russe imprime du cartilage dans l’espace

L’une des formes les plus innovantes et futuristes de bio-impression se déroule en microgravité. Après tout, si la colonisation extraterrestre commence à tout moment au cours de la prochaine décennie, la bio-impression est élémentaire pour les astronautes. À l’aide de la bio-imprimante 3D magnétique spécialement conçue Organ.Aut, développée par la société de biotechnologie russe 3D Bioprinting Solutions et lancée en orbite en 2018, le cosmonaute Oleg Kononenko a bioimprimé du cartilage sur la Station spatiale internationale (ISS). La technique utilise les caractéristiques des champs magnétiques pour permettre l’auto-assemblage des cellules en microgravité, une forme de bio-impression en lévitation qui offre un grand potentiel pour la médecine génératrice d’espace. Kononenko a mené l’expérience dans le segment russe de l’ISS et, le 15 juillet 2020, les scientifiques qui ont développé ce système sur Terre ont publié les résultats de leurs travaux.

Oleg Kononenko a utilisé un nouveau type de méthode d’ingénierie tissulaire «sans échafaudage» développée par la société moscovite 3D Bioprinting Solutions, qui utilise des champs magnétiques. Image gracieuseté de 3D Bioprinting Solutions

mimiX Biotherapeutics lance la première bio-imprimante 3D acoustique

Début suisse de la biotechnologie mimiX Biotherapeutics a annoncé le lancement d’une toute nouvelle technologie de biofabrication qui pourrait produire rapidement et à peu de frais des structures de tissus fonctionnels multicellulaires grâce aux ondes sonores. L’instrument de laboratoire repose sur la technologie brevetée de biotraitement de la Morphogenèse Induite par le Son (SIM) de la société, qui a déjà près de dix ans et qui a fait ses preuves pour orchestrer les réseaux vasculaires. Dans un article publié dans la revue IOPscience Biofabrication, les chercheurs ont développé un in vitro modèle expérimental comme preuve de concept pour évaluer la possibilité de SIM pour créer des structures vasculaires. Ils concluent que même avec une faible densité initiale, les cellules sont capables de s’assembler en réseaux vasculaires fonctionnels à plusieurs échelles et pourraient être utilisées dans plusieurs domaines biomédicaux, y compris des modèles 3D pour le dépistage de médicaments et la bio-impression de la fabrication automatisée de tissus par rapport à la traduction clinique.

La première bio-imprimante acoustique de mimiX Biotherapeutics. Image gracieuseté de mimiX Biotherapeutics

La bio-impression des coraux peut aider les écosystèmes maritimes

La bio-impression étant utilisée en plus de l’ingénierie tissulaire et de la médecine régénérative, nous aimons également rendre compte des nombreuses utilisations de la technologie dans d’autres domaines: en avril 2020, un groupe de chercheurs de l’Université de Cambridge et de l’Université de Californie à San Diego (UCSD ) a développé des impressions 3D bioniques sur les coraux en tant que nouvel outil pour les biomatériaux inspirés des coraux pouvant être utilisés dans la biotechnologie des algues, la conservation des récifs coralliens et la recherche sur la symbiose des algues coralliennes. Les structures de biomatériaux photosynthétiques inspirées du corail ont été fabriquées à l’aide d’une technique de bio-impression 3D rapide capable d’imiter les caractéristiques fonctionnelles et structurelles de la symbiose des algues coralliennes, ouvrant une nouvelle porte aux matériaux bio-inspirés et à leurs applications pour la protection des coraux. À l’époque, le biologiste marin multidisciplinaire de l’UCSD, Daniel Wangpraseurt, a expliqué que la technologie de la bio-impression est un élément clé de son travail visant à développer des coraux bioniques imprimés en 3D en tant que nouvel outil pour les biomatériaux inspirés des coraux pouvant être utilisés dans la biotechnologie des algues, la conservation des récifs coralliens et la recherche. comme une application véritablement innovante et fascinante de la technologie.

Coraux bio-imprimés. Image courtoisie de Daniel Wangpraseurt / UCSD

Bio-impression de mini reins humains en laboratoire

Des chercheurs du Murdoch Children’s Research Institute (MCRI) en Australie et de la société de biotechnologie Organovo ont bio-imprimé des reins humains en laboratoire, ouvrant la voie à de nouveaux traitements pour l’insuffisance rénale et éventuellement à des greffes d’animaux de laboratoire. L’étude a montré comment la bio-impression 3D de cellules souches peut produire des feuilles de tissu rénal suffisamment grandes pour les greffes, ce qui a également été validé dans une étude visant à dépister la toxicité des médicaments d’une classe de médicaments connus pour causer des lésions rénales chez l’homme. Melissa Little, professeur au MCRI, l’un des leaders mondiaux de la modélisation du rein humain, a commencé à cultiver des organes rénaux en 2015. Mais cette nouvelle méthode de bio-impression s’est avérée plus rapide, plus fiable et a permis de faire évoluer l’ensemble du processus. Grâce à la bio-impression, elle peut désormais créer environ 200 mini-reins en 10 minutes sans compromettre la qualité, comme décrit dans une étude publiée le 23 novembre 2020 dans la revue Matériaux naturels.

Professeur Melissa Little. Image courtoisie d’Aaron Francis

Organovo de retour sur scène

… Et en parlant d’Organovo, le fondateur Keith Murphy est revenu dans la société révolutionnaire de bio-impression en 2020, trois ans après avoir démissionné de son poste de PDG. Pendant ce temps, Murphy a continué à créer une nouvelle startup de biotechnologie innovante appelée Viscient Biosciences, mais à partir du 24 septembre 2020, l’entrepreneur est revenu en tant que PDG. Depuis le départ de Murphy, Organovo avait du mal à trouver les ressources nécessaires pour faire progresser son développement très attendu imprimé en 3D de tissu hépatique humain vivant pour la transplantation d’organes. Bien qu’elle soit apparue sur la scène en 2007 comme l’un des principaux moteurs de la technologie de la bio-impression, les responsables de l’entreprise ont arrêté tous les programmes de recherche et développement en août 2019 et licencié 69% de la main-d’œuvre totale – environ. 40 postes – pour élargir sa voie de trésorerie en explorant les «alternatives stratégiques disponibles à la création de valeur basées sur sa plate-forme technologique et sa propriété intellectuelle».

En conséquence, la société a enregistré des frais de restructuration de près de 1,3 million de dollars et, peu de temps après, en novembre, elle a vendu Samsara Sciences, sa société d’isolement de cellules hépatiques et rénales primaires humaines, à LifeNet Health, basée en Virginie, pour 1,5 million de dollars. Organovo va maintenant essayer de continuer là où ses anciens dirigeants s’étaient arrêtés et essayer d’obtenir les approbations législatives pour ses candidats thérapeutiques.



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