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50 ans de Lune

© NASA, 1968

Apollo, conquête spatiale et apports scientifiques

"Un petit pas pour l'homme, mais un grand pas pour l'humanité", les mots de Neil Armstrong sont restés dans l'Histoire, comme l’empreinte de la chaussure de Buzz Aldrin restera sur la Lune ...

CRISPR-Cas9, une révolution et des dérives

Une modification aux effets secondaires indésirés

En novembre 2018, un scientifique chinois révélait au monde entier qu'il avait réussi à créer des bébés génétiquement modifiés. Cet apprenti Frankenstein a modifié in vitro un

Sommes-nous seuls dans l'univers ?

Un peu d'histoire

A l'aube de la civilisation, la vie extraterrestre est envisagée par le prisme des dieux et divinités. Les Incas pratiquent des sacrifices, et les Aztèques tracent de grandes figures au sol destinées ...

Une demi-vie qui dépasse l'âge de l'univers

Construit 1500 m sous le sol italien, le Laboratoire National de San Grasso (LNSG) accueille le détecteur XENON1T, résultat de la collaboration internationale de plus de 160 chercheurs venus d'Europe, des États-Unis et du Moyen Orient. Le 29 avril 2019, ils annonçaient l'observation de la désintégration ...

Bio-plastique et Crustacés

@FranklinMedina

Depuis quelques années, les bioplastiques représentent un enjeu environnemental et économique majeur. Le terme bioplastique englobe les plastiques bio-sourcés, c'est-à-dire qui proviennent de matière organique, et des plastiques d'origine fossile, mais biodégradables. ...

L'homme augmenté et le transhumanisme

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Une idéologie controversée

Le transhumanisme est un mouvement intellectuel et culturel qui prône l'usage des sciences pour l'amélioration des capacités physiques comme mentales de l'homme. Jusqu'à présent, le progrès ...

Lithium et troubles bipolaires

Une action à élucider

Les troubles bipolaires se traduisent par une vie rythmée d'épisodes de dépression entrecoupés de phases maniaques, c'est-à-dire d'états de grande excitation pathologique. Sur le long terme, on observe une perte de la matière ...

Un gel reconstructeur

© Wiki Commons

 

Un espoir pour réparer les tissus

Une équipe de chercheurs de l’Université Johns Hopkins School of Medecine à Baltimore (États-Unis) a développé un gel qui mime la micro-architecture et les propriétés mécaniques des tissus mous. Ce gel permettrait de guérir plus vite et sans déformation ni cicatrice. Testé sur des rats et des lapins, il a montré une nette amélioration de la cicatrisation. Il pourra être utilisé après des excisions de tumeur, des malformations congénitales, des brûlures, des blessures importantes ou même contre le vieillissement. Injectable par aiguille, il serait beaucoup moins traumatisant pour les patients que les transplantations de peau utilisées depuis une quinzaine d'années. Elles nécessitent en effet le prélèvement de tissus sur une autre partie du corps, laissant de nombreuses cicatrices. Dans certains cas, des implants synthétiques de peau sont utilisés mais les cellules immunitaires réagissent mal et rejettent parfois l’implant, provoquant, là aussi, des cicatrices.« Dans les greffes de peau il n’y a que l’épiderme qui est recréé ce qui ne permet pas de souplesse. Il faut un derme artificiel pour reconstruire une peau totale» explique Michael Atlan, chef de service à l'APHP au service de chirurgie plastique reconstructrice et esthétique, microchirurgie, régénération tissulaire et chercheur au laboratoire LVTS de BICHAT INSERM et membre du centre de recherche De St Antoine du Pr Bruno Feve, spécialisé dans l'étude du tissu graisseux . « On peut aussi utiliser des tissus animaux décellularisés pour construire une architecture 3D. Cette technique est souvent utilisée en reconstruction mammaire. »

Une matrice en nanofibres

Ce gel est composé de nanofibres en polymère biodégradable (nanofibres de polycaprolactone). Ce type de polymère était déjà connu et utilisé pour réaliser les points de suture. Les nanofibres sont similaires à la matrice extracellulaire. La matrice extracellulaire est une structure située à l'extérieur des cellules. Elle fournit un support structurel pour les cellules et les tissus et sert de ciment intercellulaire. « La polycaprolactone est très utile car elle se résorbe. Elle maintient l’architecture le temps que se fixent les cellules » ajoute Michael Atlan. Cependant, elles ne sont pas injectables et ne produisent pas le volume ni les propriétés mécaniques nécessaires à la reconstruction tissulaire. C’est pourquoi les nanofibres de polymères sont imbibées d’acide hyaluronique. Selon le chirurgien, « l’acide hyaluronique est un composant naturel de la matrice extracellulaire. Il facilite la reconstruction des tissus et leur hydratation ". Il était déjà utilisé par les chirurgiens pour aider la cicatrisation des petites blessures. Il se lie aux macrophages (cellules immunitaires) ce qui permet de lutter contre l’inflammation. Il induit aussi une angiogenèse (création de nouveaux vaisseaux sanguins). Après l’injection, le gel crée des liaisons entre l’acide hyaluronique et les cellules. Cela entraîne la création d’une matrice élastique, squelette permettant aux cellules du corps humain de se greffer dessus. « Le gel sera injecté en complément de cellules souches qui viendront coloniser la matrice» explique Michael Atlan. Cette structure poreuse laisse passer les cellules utiles à la cicatrisation et favorise l’angiogenèse. « L’alliance d’une matrice 3D avec des cellules souches permet de recréer un derme. Les cellules souches sont issues de la graisse, elles se différencient pour s’adapter au receveur » conclut Michael Atlan.

 

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Imprimer de la peau artificielle
L'impression 3D de tissus humains grâce au laser se développe, avec à la clé des greffes de peau et une alternative à l'exploitation animale dans les essais en cosmétiques.

Réaliser des bio-impressions de peau

La peau est une structure complexe, organisée en trois couches de tissus (épiderme, derme, hypoderme). Il s'agit du plus grand organe du corps humain, puisqu'elle représente environ 16% de son poids total. Sa fonction principale est de former une barrière de protection envers le milieu extérieur, qu'il s'agisse des agressions thermiques et mécaniques ou des contaminants qui y sont présents.

L'impression 3D, qui permet la création d'un objet tridimensionnel par l'empilement de couches, a ouvert de très nombreux champs d'expérimentation. Jean-Christophe Fricain, directeur de l'unité Bioingénierie Tissulaire de l'INSERM à Bordeaux, souligne la différence avec la bio-impression, où « il s'agit de la fabrication additive de matériel non plus inerte mais biologique. Il existe plusieurs technologies de bio-impression. On peut utiliser des seringues qui se déplacent grâce à un bras piloté par ordinateur, pour pousser un hydrogel contenant du matériel biologique. On peut mettre au point un système par jet d'encre, qui émet des gouttelettes comme les imprimantes classiques mais dépose là aussi un hydrogel relativement fluide. On peut encore utiliser l'énergie laser pour faire des transferts de goutte comme le fait l'entreprise Poietis, c'est-à-dire des transferts de matière vivante : on combine alors différents composants biologiques, comme les cellules ou la matrice extra-cellulaire, pour organiser des structures qui ressemblent au tissu vivant. »

Une collaboration entre une entreprise de Pessac et l'INSERM a en effet mené à la mise en point une machine capable de produire de la matière vivante grâce à de la lumière laser. Trois semaines sont nécessaires pour reproduire de la peau. L'imprimante dépose, couche par couche, des micro-gouttes contenant des cellules selon un modèle numérique inspirés de tissus existants. Grâce à sa très haute définition, de l'ordre de vingt microns soit la taille maximale d'une cellule, le laser peut reproduire la complexité des tissus avec une grande précision et assurer leur auto-organisation. De plus, il assure la viabilité des cellules à hauteur de plus de 95%.

Des applications en clinique, en pharmacologie et en cosmétique

« À l'échelle micrométrique, l'impression biologique permet d'étudier le comportement de certaines organisation cellulaires, pour une recherche plutôt fondamentale. À l'échelle millimétrique, représenter la partie fonctionnelle d'un organe donne des applications dans le domaine de la toxicologie et de l'étude des médicaments, puisqu'on peut imaginer par exemple la réalisation de micro-modèle tumoraux sur lesquels tester des chimiothérapies avant de l'appliquer aux individus. À l'échelle centimétrique, l'enjeu est plutôt de reproduire des organes. »

À cette échelle des organes et des tissus, les enjeux de la bio-impression dans le domaine médical sont souvent médiatisés, avec l'idée par exemple de créer des greffons de peau à partir des cellules souches d'un·e patient·e. De telles techniques offrent l'avantage d'éviter tout risque de rejet. « La peau est un tissu relativement simple, pas vascularisé et assez superficiel, dont l'étude a d'importants débouchés notamment cosmétique. Cela explique que les techniques de bio-impression aboutissent plus rapidement dans ce cas, alors que les applications sur des tissus complexes comme les travaux de l'entreprise Organovo sur le foie se font à des échelles de temps plus lointaines. »

En cosmétique, les recherches de méthodes alternative à l'exploitation animale se sont accélérées depuis l’annonce en 1993 de l’interdiction progressive des essais sur les animaux pour les cosmétiques vendus en Europe, un processus achevé en 2013 et qui donnent l'exemple à d'autres pays. Plus de 200 méthodes alternatives à la recherche animale ont déjà été développées et validées par l’OCDE, parmi lesquelles le microdosage, les techniques d’imagerie non invasives, les simulations sur ordinateur et les tests in vitro.

En se servant d’une structure semblable à l’épiderme humain afin de mesurer l’irritation de la peau provoquée par les produits chimiques présents dans les cosmétiques, le développement de la peau artificielle constitue une alternative prometteuse aux expériences sur les animaux. Les recherches aboutissent à des peaux de plus en plus proches de la réalité, même s'il n’existe pas encore de modèle de peau complète et fonctionnelle à cause de la complexité de cet organe.

En savoir plus

Reconstruire la peau, au plus près du réel, Le Monde – Sciences

Cosmétiques : vers la fin des tests sur les animaux ?, Le magazine du monde

Impression 3D Laser du vivant : une approche innovante à Bordeaux, dossier de l'INSERM

Le site de Poietis, une entreprise de Pessac qui conçoit et développe des tissus biologiques humains pour des applications de recherche et en médecine régénératrice

Arthur Jeannot
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