La biofabrication ou la bioimpression 3D vise à créer des constructions tissulaires pour de nombreuses applications, notamment les tests sans animaux, le criblage de médicaments et la médecine régénérative. Un aspect crucial de la technologie est l’utilisation de matériaux appropriés pour permettre l’impression 3D de cellules vivantes appelées bioinks. Ces « encres bio » doivent soutenir les cellules et les maintenir en vie pendant et après le processus d’impression. Actuellement, la majorité des bio-encres sont dérivées de matériaux non humains (à base d’animaux, c’est-à-dire de collagène ou de gélatine). En revanche, le projet de recherche actuel d’IraSME Human bioinks for 3D printing (HU3DINKS) vise à faire avancer ce domaine en développant des bioencres à base de tissus humains pour de multiples technologies de bioimpression 3D.
Les matériaux les plus couramment utilisés dans la bioimpression 3D sont toujours dérivés de sources animales telles que la gélatine ou le collagène. Par conséquent, il existe un énorme besoin d’alternatives sans animaux, non seulement pour remplacer les tests sur les animaux, mais aussi pour ressembler plus étroitement aux processus et aux conditions des tissus humains. À cet égard, des polymères synthétiques ont également été explorés, et bien que plusieurs de ces matériaux puissent être utilisés en toute sécurité dans le corps humain, ces options synthétiques sont une simplification excessive de la situation naturelle complexe in vivo et ne comblent pas complètement l’écart entre le courant dans tests in vitro et modèles animaux.
Le projet HU3DINKS vise à surmonter ces limitations via le développement de bio-encres à base de tissus humains hautement performantes adaptées à différentes technologies de bio-impression 3D, notamment l’impression par extrusion et l’impression laser haute résolution. Bien qu’il existe déjà sur le marché des matériaux commerciaux dérivés de tissus humains, leur bioactivité et leurs performances d’impression restent médiocres. Ainsi, le consortium HU3DINKS vise à convertir des matériaux dérivés de tissus humains disponibles dans le commerce en bio-encres, qui peuvent être imprimées de manière simple.
Les applications futures de la biofabrication comprennent la régénération des tissus humains et « l’impression d’organes ». « Cependant, alors que de nombreux obstacles doivent encore être surmontés pour convertir ces applications en réalité clinique, la technologie de bio-impression offre déjà des solutions dans le domaine des tests sans animaux. Ici, les « encres 3D humaines » peuvent faire une énorme différence pour rendre la bio-impression véritablement sans animaux », déclare Jasper Van Hoorick, PDG de BIO INX.
En conséquence, des médicaments ou des cosmétiques peuvent être testés sur des modèles de tissus humains imprimés en 3D, qui imitent mieux les tissus 3D natifs par rapport aux techniques de culture cellulaire 2D conventionnelles. Cette approche est conforme au principe des 3R consistant à réduire, remplacer et affiner les animaux utilisés à des fins scientifiques.
Pour atteindre cet objectif, en particulier la bio-impression à haute résolution basée sur la polymérisation à 2 photons (2PP) peut être cruciale pour amener le domaine au niveau supérieur, car c’est la seule technologie permettant l’impression à une résolution subcellulaire, permettant ainsi d’imiter le architecture microcellulaire compliquée. C’est également l’une des seules technologies permettant l’impression directe dans des puces microfluidiques pour permettre un dépistage simple des médicaments.
La technologie a fait d’énormes progrès en termes de performances mais est désormais principalement limitée par l’absence de matériaux biologiques performants. Le projet HU3DINKS peut induire un changement de paradigme dans le domaine en imitant véritablement l’environnement cellulaire humain à la fois en termes d’architecture et de composition.
Markus Lunzer, spécialiste des matériaux, UpNano
Le projet a été accordé dans le cadre de l’initiative des activités internationales de recherche des petites et moyennes entreprises (IraSME), qui vise à stimuler les collaborations transfrontalières entre les pays membres. Le consortium HU3DINKS réunit des partenaires avec une expertise complémentaire unique de Belgique (financé par VLAIO) et d’Autriche (financé par FFG). THT Biomaterials (Vienne, Autriche) apportera son expertise unique sur les matériaux dérivés du placenta humain. BIO INX (Gand, Belgique) est expert dans le domaine du développement d’encres biologiques pour de multiples technologies d’impression et est chargé de transformer les matériaux dérivés du placenta humain de THT Biomaterials en formulations imprimables prêtes à l’emploi pour différentes technologies d’impression. Le projet est également soutenu par Morphomed (Vienne, Autriche) et leur technologie de soie de qualité médicale, et UpNano (Vienne, Autriche), spécialistes du développement de technologies d’impression bio 3D 2PP (bio) haute résolution. De plus, l’Institut Ludwig Boltzmann de traumatologie (le centre de recherche en coopération avec l’AUVA) sera responsable de la validation biologique des bio-encres nouvellement développées.
