Un interrupteur génétique permet aux tissus osseux imprimés en 3D de générer spontanément de nouveaux vaisseaux sanguins, offrant un espoir pour le traitement des pertes osseuses causées par des traumatismes ou des infections

fr.wedoany.com Rapport : Une équipe interdisciplinaire de l'Université d'État de Pennsylvanie a réalisé une percée : après avoir programmé des cellules, ils ont utilisé une technologie d'interrupteur génétique pour permettre aux tissus osseux imprimés en 3D de générer spontanément de nouveaux vaisseaux sanguins. Cette avancée offre un nouvel espoir pour le traitement des pertes osseuses causées par des traumatismes graves ou des infections. L'article scientifique correspondant a été publié dans le nouveau numéro du Journal of Chemical Engineering.

L'un des plus grands défis de la régénération du tissu osseux est de créer un réseau vasculaire à l'intérieur du tissu nouvellement formé. Sans apport sanguin, les tissus osseux épais ne peuvent ni survivre ni se développer normalement. Les méthodes traditionnelles ont une efficacité limitée pour favoriser la vascularisation.

L'équipe de recherche a utilisé une technologie avancée appelée « bio-impression assistée par inhalation ». Cette technologie permet de placer avec précision de minuscules amas de cellules vivantes — des sphéroïdes — à des positions désignées sur un échafaudage en hydrogel. Ce contrôle précis permet une répartition uniforme des cellules, garantissant ainsi la cohérence de la régénération tissulaire.

Pour conférer différentes fonctions à ces sphéroïdes, l'équipe de recherche a obtenu des cellules souches non différenciées auprès de sources commerciales et y a introduit deux molécules de régulation génétique spécifiques : le miR-148b et le miR-210. Ces deux molécules agissent comme des interrupteurs génétiques : la première oriente les cellules vers la différenciation ostéogénique, tandis que la seconde est responsable du déclenchement du programme d'angiogenèse.

Après plusieurs jours de culture, ces cellules programmées ont été assemblées en sphéroïdes, puis intégrées dans l'échafaudage en gel par impression 3D. Au cours des 28 jours suivants, les cellules ont progressivement mûri et se sont différenciées au sein de l'échafaudage, aboutissant finalement à une structure tissulaire possédant à la fois des fonctions osseuses et vasculaires.

Des expériences animales ont validé l'efficacité de cette méthode. Dans un modèle de perte osseuse chez des souris immunodéficientes, sans aucun traitement, le tissu osseux ne s'est rétabli qu'à environ 35 % de sa surface après six semaines ; en revanche, avec l'implantation d'un échafaudage vide sans sphéroïdes spéciaux, la surface de récupération est passée à 93 %. Lorsque des sphéroïdes mixtes porteurs des deux interrupteurs génétiques ont été utilisés, l'effet était encore plus remarquable : non seulement la couverture du tissu osseux était plus étendue, mais l'expression du marqueur endothélial vasculaire CD31 était également nettement augmentée, indiquant une néovascularisation plus active.

L'équipe de recherche estime qu'il pourrait exister une synergie entre les sphéroïdes aux fonctions différentes, favorisant conjointement la croissance globale des os et des vaisseaux sanguins. La prochaine étape de l'équipe consiste à explorer plus en profondeur ce mécanisme synergique dans des modèles animaux plus grands et à évaluer si l'angiogenèse pourrait avoir des effets négatifs sur la croissance du tissu osseux.

Cette technologie s'adresse actuellement principalement aux patients souffrant de pertes osseuses étendues dues au cancer, à des infections ou à des traumatismes graves, et ne s'applique pas au traitement des fractures ordinaires. Étant donné que tous les matériaux utilisés sont déjà produits commercialement, cette technologie présente une bonne évolutivité et pourrait accélérer son passage à l'application clinique à l'avenir.

Le domaine de la médecine régénérative se heurte à un obstacle difficile à franchir : faire en sorte que les nouveaux tissus implantés développent leur propre réseau vasculaire. Par le passé, les matériaux d'implantation étaient souvent « passifs », ne pouvant qu'attendre la lente croissance des vaisseaux environnants, ce qui entraînait facilement une nécrose par ischémie. Aujourd'hui, les scientifiques donnent en quelque sorte des instructions de croissance prédéfinies aux cellules, transformant des matériaux auparavant « inertes » en tissus « vivants » capables de s'auto-perfectionner. En réalité, cette approche pourrait très bien dépasser le cadre de l'orthopédie. À l'avenir, la construction de muscles, de tissus mous et même d'organes plus complexes pourrait en bénéficier. De plus, les matières premières utilisées sont déjà commercialisées, sans barrières complexes, ce qui signifie que le seuil de passage du laboratoire à la table d'opération est considérablement réduit, offrant ainsi un accès plus rapide aux patients.