Des chercheurs de POSTECH produisent un modèle de poumon artificiel à l’aide de l’impression 3D

La température plus chaude et la floraison des fleurs signalent l’arrivée du printemps. Cependant, les inquiétudes concernant les maladies respiratoires sont également en augmentation en raison des poussières fines et des virus. Le poumon, qui est essentiel à la respiration, est assez difficile à créer artificiellement pour une utilisation expérimentale en raison de sa structure complexe et de sa minceur. Récemment, une équipe de recherche POSTECH a réussi à produire un modèle de poumon artificiel en utilisant l’impression 3D.

Le professeur Sungjune Jung du Département de science et génie des matériaux et le professeur Joo-Yeon Yoo et Ph.D. Le candidat Dayoon Kang du département des sciences de la vie de POSTECH a réussi ensemble à créer un modèle pulmonaire tridimensionnel contenant une variété de lignées cellulaires alvéolaires humaines en utilisant la bio-impression par jet d’encre. La bio-impression à jet d’encre attire l’attention pour permettre la production de tissus standardisés et personnalisés par le patient, et devrait remplacer les modèles de test conventionnels car ils peuvent être produits en série. Les résultats de cette étude ont été récemment publiés dans Science avancée.

Les poumons humains respirent constamment pour absorber l’oxygène nécessaire à l’activité vitale et expulser le dioxyde de carbone généré comme sous-produit. L’oxygène entrant dans le corps arrive aux alvéoles par les voies respiratoires et est remplacé par du dioxyde de carbone transporté par le sang à travers les capillaires des alvéoles.

Ici, les alvéoles sont constituées d’une fine couche de cellules épithéliales et sont entourées de fins capillaires qui imitent les raisins creux. La membrane alvéolaire, à travers laquelle l’oxygène et le dioxyde de carbone voyagent, est une structure à trois couches de couche épithéliale / membrane basale / capillaire endothéliale et est très mince pour faciliter le processus d’échange de gaz. Jusqu’à présent, il y avait des limitations dans la réplication précise d’alvéoles avec une structure aussi mince et complexe.

Pour cela, l’équipe de recherche a fabriqué un modèle de barrière alvéolaire à trois couches d’une épaisseur d’environ 10 micromètres (μm) par dépôt haute résolution de cellules alvéolaires en utilisant une impression jet d’encre goutte à la demande1. Ce modèle nouvellement produit a montré un degré plus élevé de simulation par rapport à un modèle de culture cellulaire bidimensionnel ainsi qu’à un modèle tridimensionnel non structuré cultivé à partir du mélange de cellules alvéolaires et de collagène.

L’équipe de recherche a également confirmé que le modèle de barrière alvéolaire nouvellement développé reproduisait de manière similaire la réponse physiologique au niveau tissulaire réel en ce qui concerne l’infectivité virale et la réponse antivirale. Lorsque ce modèle a été utilisé comme modèle d’infection par le virus de la grippe, les chercheurs ont pu observer l’auto-prolifération et la réponse antivirale du virus.

Nous imprimons des cellules et fabriquons des tissus en utilisant la méthode de bio-impression, mais c’est la première fois au monde à simuler une barrière alvéolaire avec une structure à trois couches d’environ 10 μm d’épaisseur. C’est aussi la première fois qu’une barrière alvéolaire artificielle est infectée par un virus et une réponse antivirale physiologique est observée. « 

Professeur Sungjune Jung, POSTECH

Le professeur Jung a ajouté: «Le tissu artificiel produit cette fois-ci peut être utilisé comme une première plate-forme pour évaluer l’efficacité des médicaments thérapeutiques et des vaccins contre les virus respiratoires infectieux – y compris le virus COVID-19 – car il permet la production de masse et le contrôle de la qualité ainsi que la fabrication des modèles de maladies personnalisés par les patients. «