Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de décès dans le monde, avec plus de 17 millions par an selon l'Organisation mondiale de la santé. De nombreuses formes de MCV sont de nature chronique, ce qui signifie qu'elles s'aggravent avec le temps. Ainsi, une fois la maladie diagnostiquée, il est important d'initier le traitement dès que possible afin de fournir des résultats positifs aux patients.
La transplantation cardiaque est le traitement idéal pour certaines formes de MCV sévères, telles que l'insuffisance cardiaque chronique ou les lésions myocardiques étendues. En raison de la pénurie de tissus de donneurs disponibles, cela ne peut pas être donné à tous les patients. Aux États-Unis, le temps d'attente moyen pour un donneur convenable est de six à douze mois et environ une personne sur six meurt avant de pouvoir recevoir une greffe. Il existe un besoin évident d'un approvisionnement plus abondant de cœurs adaptés à la transplantation.
Jusqu'à ce que des progrès significatifs aient été réalisés pour augmenter cette offre, les cardiologues doivent s'appuyer sur la technologie à leur disposition. Une stratégie courante pour traiter l'insuffisance cardiaque consiste à utiliser une pompe cardiaque telle qu'un appareil d'assistance ventriculaire gauche (DAVG). Les cœurs mécanisés ont également été étudiés comme option de traitement de l'insuffisance cardiaque chronique lorsque les donneurs de greffe ne sont pas disponibles.
Les options de traitement actuelles sont utiles dans une certaine mesure, mais des solutions personnalisées sont nécessaires pour améliorer les résultats des patients et la qualité de vie. Ce besoin est à l'origine du développement de technologies de bioimpression cardiovasculaire 3D, qui utilisent des techniques similaires à l'impression 3D pour combiner des cellules et des biomatériaux pour fabriquer des structures biomimétiques qui reproduisent la physiologie et la fonction des tissus naturels.
Le développement d'un tissu cardiaque dynamique capable d'imiter les propriétés mécaniques et électroconductrices du myocarde natif s'avère difficile pour les chercheurs. De nombreux défis se dressent sur leur chemin, y compris, entre autres, recréer la matrice tissulaire et fournir un approvisionnement en oxygène adéquat à chaque cellule.
Le succès de la bioimpression 3D dépend de la capacité des chercheurs à vasculariser le tissu. Pour cette raison, une grande attention a été récemment accordée à la génération de vaisseaux sanguins. Plusieurs études prometteuses ont déjà été menées. Par exemple, des chercheurs de l'Université de Californie à San Diego en 3D ont imprimé un réseau fonctionnel de vaisseaux sanguins qui, une fois implanté chez la souris, a fusionné avec les vaisseaux sanguins de l'animal et était capable de transporter le sang. Des réalisations similaires ont été signalées par Sichuan Revotek, l'Université Rice et l'Université de Pennsylvanie au cours des dernières années.
Une innovation importante à mesure que nous nous dirigeons vers le tissu cardiaque de bioimpression 3D est le développement de feuilles cellulaires. Terumo, un conglomérat japonais, a commercialisé la feuille Heart pour le traitement de l'insuffisance cardiaque au Japon. Pour développer la feuille cardiaque, le tissu musculaire est prélevé de la jambe du patient et cultivé in vitro. Terumo a développé une plaque de culture tissulaire qui permet aux cellules de flotter hors de la surface dans une feuille intacte lorsque la température est abaissée, préservant ainsi la matrice extracellulaire qui est perdue lorsque les cellules sont retirées par d'autres méthodes.
Des techniques d'ingénierie tissulaire cardiaque telles que celle-ci peuvent être utilisées pour créer des constructions fonctionnelles capables de rétablir la structure et la fonction du myocarde endommagé après un infarctus du myocarde. Le tissu cardiaque modifié, qui se présente souvent sous la forme d'un «patch», est implanté directement sur le tissu cicatriciel. L’intention est de compenser la fonction réduite du cœur en renforçant sa structure et en augmentant sa capacité à pomper le sang. De cette façon, les chercheurs espèrent réduire le besoin de transplantations, améliorer la récupération et prévenir les événements ultérieurs.
Des chercheurs du monde entier développent des «patchs cardiaques». En juin 2019, l'Imperial College de Londres a annoncé la création de plaques de tissu cardiaque de la taille d'un pouce qui commencent à battre spontanément après trois jours et à imiter le tissu cardiaque mature en un mois. Ces patchs ont permis d'améliorer la fonction cardiaque après une crise cardiaque après seulement quatre semaines. Surtout, les vaisseaux sanguins semblaient s'être formés à l'intérieur du patch après cette période. Les essais cliniques devraient avoir lieu en 2020 ou 2021.
Une fois implantés, les patchs cardiaques pourraient faire plus que simplement favoriser la régénération du tissu cardiaque. Par exemple, un patch bionique pourrait délivrer des décharges électriques et agir comme un stimulateur cardiaque. Des scientifiques de l'Université de Tel Aviv ont également étudié l'intégration de capteurs électroniques dans le patch pour permettre la surveillance à distance de l'activité cardiaque.
Bien que les chercheurs n'aient pas encore été en mesure de créer un cœur artificiel pleinement fonctionnel, un bond important a été franchi en 2019. Des chercheurs de l'Université de Tel Aviv ont dévoilé le premier cœur bio-imprimé en 3D avec des tissus humains comprenant des chambres, des ventricules et des vaisseaux sanguins. Pour ce faire, une biopsie des tissus adipeux des patients a été réalisée pour produire les cellules nécessaires. Des patchs cardiaques spécifiques au patient ont été produits en premier, après quoi tout le cœur a été fabriqué. Bien que le cœur soit capable de se contracter, il reste encore loin d'être prêt pour les essais cliniques car il ne peut pas encore pomper le sang et a la taille d'une cerise.
La bio-impression 3D a le potentiel de fournir un cœur ou des vaisseaux sanguins aux patients ayant besoin de transplantations. Le tissu serait fabriqué à partir de leurs propres cellules, réduisant ainsi considérablement le risque de rejet. Malgré des innovations récentes prometteuses, la technologie de bio-impression 3D reste à ses débuts et ne devrait pas devenir une option thérapeutique viable dans un avenir proche en raison des nombreux obstacles (tant techniques que réglementaires) auxquels elle est actuellement confrontée. Cela changera une fois que la technologie évoluera et que des cœurs et des vaisseaux de grande taille pourront être construits efficacement et à grande échelle.
Pour en savoir plus sur les technologies de bioimpression 3D des tissus cardiovasculaires ou sur le thème de la gestion des maladies cardiovasculaires dans son ensemble, veuillez vous reporter au rapport d'IDTechEx: «Cardiovascular Disease 2020-2030» disponible sur le site Web d'IDTechEx à l'adresse www.IDTechEx.com/CVD .
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