Lorsque les chercheurs biomédicaux ont besoin de tester leurs dernières idées, ils se tournent souvent vers des tissus humains modifiés qui imitent les réponses de notre propre corps. C’est devenu une étape intermédiaire importante avant les essais cliniques sur l’homme.
Un facteur limitant : les cellules ont besoin de circulation sanguine pour survivre, et y parvenir peut être difficile dans les structures cellulaires tridimensionnelles. Sans systèmes vasculaires appropriés – même primitifs – les tissus modifiés sont confrontés à une taille et une fonctionnalité limitées, développant même des régions nécrotiques de cellules mortes.
Une nouvelle recherche du Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science de l'Université de Binghamton propose une solution possible au problème. Dans un article récemment publié dans la revue Matériaux biomédicauxles professeurs adjoints Ying Wang et Yingge Zhou montrent comment les dernières techniques de nanofabrication peuvent créer un meilleur système vasculaire artificiel.
Les doctorants Xianyang Li, Sadia Khan et Yan Chen faisaient également partie de l'équipe de recherche ; Liyuan Wang '23; et le chercheur postdoctoral Xiang Fang.
Notre système vasculaire a différentes hiérarchies. Nous en avons de plus grosses, comme notre aorte ou nos veines, et des artères plus petites pour différentes fonctions. Nous pouvons imprimer en 3D les plus grands, et pour les plus petits nous comptons sur l’auto-assemblage spontané pour les organiser. Cependant, nous essayons de concevoir certains biomatériaux pour pouvoir réguler leur taille, les rendre plus grands ou plus petits, afin de pouvoir fabriquer différents types de système vasculaire. »
Ying Wang, membre du corps professoral, Département de génie biomédical, Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science de l'Université de Binghamton
Dans ses recherches précédentes, Zhou – de l’École des sciences des systèmes et du génie industriel – a construit des échafaudages 3D à l’échelle microscopique.
L'équipe de Binghamton a fabriqué des microtubes à partir de deux composés inertes souvent utilisés dans les dispositifs biomédicaux : l'oxyde de polyéthylène (PEO) et le polystyrène (PS). L'électrofilage, une technique de fabrication qui utilise un champ électrique puissant pour former des fibres ultrafines, était essentielle pour créer quelque chose à si petite échelle.
« Le microtube mesure entre 1 et 10 microns », a déclaré Zhou. (Un micron équivaut à un millionième de mètre ; un cheveu humain moyen mesure entre 70 et 100 microns.) « Il est difficile pour une imprimante 3D d'imprimer avec ce type de résolution, nous avons donc utilisé l'électrofilage pour fabriquer des microtubes solides.
Les tubes fibreux ont été intégrés dans un hydrogel composite faisant partie du milieu de croissance tissulaire. À l’aide de microbilles fluorescentes, les chercheurs ont suivi le flux sanguin dans les tissus modifiés et ont découvert que les tubes amélioraient la distribution sanguine, fournissant ainsi la nutrition et l’oxygène dont les cellules ont besoin pour rester en vie.
Pour l’avenir, ils aimeraient étudier comment les dimensions et la forme des microtubes affectent les résultats vasculaires et comment les structures peuvent être adaptées aux besoins spécifiques de l’ingénierie tissulaire. Ils souhaitent également développer une microvascularisation plus spécifique à un organe, telle que la barrière hémato-encéphalique qui sépare le système circulatoire du tissu cérébral. Comprendre cette barrière est essentiel pour traiter les tumeurs ou les maladies neurodégénératives.
« Nous voulons rapprocher la pertinence physiologique de ces tissus modifiés de notre propre corps », a déclaré Wang. « Si nous perfectionnons cette technologie, nous pouvons assembler non seulement un seul organe mais plusieurs organes pour former un système vivant basé sur des cellules humaines. »
