L’impression 3D d’îlots ouvre la voie à un traitement du diabète plus efficace

A recent study released by researchers from Pohang University of Science and Technology (POSTECH) opens the door for more effective diabetes research and treatment. The new approach leverages bioprinting to recreate pancreatic islet maturation. This development has the potential to help scientists gain a deeper understanding of the complexities of diabetes and save millions of lives.

Qu’est‑ce que le diabète

Le diabète est une maladie chronique caractérisée par des niveaux élevés de glucose (sucre) dans le sang. Cela se produit soit parce que le pancréas ne produit pas suffisamment d’insuline — une hormone qui aide à transporter le glucose du flux sanguin vers les cellules — soit parce que les cellules du corps ne répondent pas correctement à l’insuline. Le glucose est une source d’énergie vitale pour le corps, et l’insuline joue un rôle crucial dans la régulation de ses niveaux.

Lorsque ce système dysfonctionne, le glucose s’accumule dans le sang au lieu d’être utilisé efficacement par les cellules. Au fil du temps, un taux de sucre sanguin constamment élevé peut entraîner de graves complications, notamment des lésions des nerfs, du cœur, des reins, des yeux et des vaisseaux sanguins.

À l’échelle mondiale, le diabète représente une préoccupation croissante. Selon la Fédération Internationale du Diabète, environ 10,5 % de la population adulte mondiale vit avec une forme de la maladie. Aux États-Unis, des données récentes des Centers for Disease Control and Prevention (CDC) estiment qu’environ 38,1 millions de personnes — soit environ 11,6 % de la population — sont diabétiques. La probabilité de développer la maladie augmente avec l’âge, et la prévalence tend à être plus élevée dans les pays développés, bien qu’elle augmente rapidement dans les régions en développement également.

Il existe plusieurs types de diabète, mais les deux plus courants sont le type 1 et le type 2.

Diabète de type 1

Le diabète de type 1 est une maladie auto‑immune dans laquelle le système immunitaire du corps attaque par erreur et détruit les cellules bêta productrices d’insuline dans le pancréas. En conséquence, le corps produit peu ou pas d’insuline, ce qui l’empêche de réguler naturellement le taux de sucre dans le sang. Cela entraîne une accumulation de glucose dans le flux sanguin.

Le diabète de type 1 est souvent diagnostiqué chez les enfants et les jeunes adultes, ce qui explique pourquoi il a historiquement été appelé « diabète juvénile ». Cependant, il peut se développer à tout âge. Les personnes atteintes de diabète de type 1 nécessitent une thérapie à l’insuline quotidienne à vie, car il n’existe actuellement aucun remède. Cette forme de diabète représente environ 5 à 10 % de tous les cas diagnostiqués.

Diabète de type 2

Le diabète de type 2 est la forme la plus répandue de diabète dans le monde. Il survient lorsque le corps devient résistant à l’insuline ou lorsque le pancréas ne produit pas suffisamment d’insuline pour répondre aux besoins du corps. Contrairement au type 1, qui est de nature auto‑immune, le type 2 est largement associé à des facteurs de risque modifiables tels que le surpoids, une alimentation déséquilibrée, l’inactivité physique et l’hypertension — bien que la prédisposition génétique joue également un rôle.

Le diabète de type 2 se développe généralement progressivement, souvent sur plusieurs années, et peut passer inaperçu au début. Les changements de mode de vie tels qu’une alimentation améliorée, une activité physique accrue et la gestion du poids constituent les premières lignes de traitement et peuvent réduire de manière significative le risque ou la progression de la maladie. Dans certains cas, des médicaments oraux ou une thérapie à l’insuline peuvent également être nécessaires.

Recherches et traitements actuels du diabète

Le traitement le plus répandu du diabète consiste en injections d’insuline ou en médicaments qui rendent le corps plus sensible à l’insuline. Cette approche s’est avérée efficace pour empêcher la maladie de s’aggraver. Cependant, elle nécessite des injections à vie, entraînant des coûts de traitement élevés qui ne résolvent jamais la cause du problème.

Conscients de l’absence de cure, les scientifiques ont commencé à tenter de recréer les conditions qui permettent le développement du diabète. Dans ce type de recherche, les cellules souches sont utilisées pour générer des cellules pancréatiques. Ces cellules cultivées en laboratoire permettent aux fabricants de médicaments et aux spécialistes du traitement d’essayer des options sans recourir à un patient. Ainsi, elles constituent un élément vital dans la lutte contre le diabète.

Limites des traitements actuels du diabète

Des années de recherche ont montré qu’il est très difficile de recréer l’environnement du pancréas de manière suffisamment stable pour être utilisé dans la recherche et les tests. Les ingénieurs du passé ont constaté que les cellules pancréatiques dérivées de cellules souches (SC) cultivées en laboratoire ne fonctionnaient pas comme leurs homologues naturelles.

Les chercheurs ont déterminé que ce comportement était dû à l’absence de caractéristiques clés présentes dans le micro‑environnement extracellulaire tridimensionnel et la péri‑vasculature du pancréas. Heureusement, une équipe d’ingénieurs innovants a proposé une nouvelle approche qui résout ce problème, ouvrant la voie à des traitements plus efficaces.

Aperçu de l’étude POSTECH

L’étude « Bioprinting of bespoke islet-specific niches to promote maturation of stem cell-derived islets»¹ publiée dans Nature Communications présente une méthode novatrice de création d’îlots pancréatiques. La stratégie repose sur une technique d’impression qui favorise la coordination fonctionnelle des îlots pancréatiques, de la matrice extracellulaire (MEC) et de la vasculature.

Source – POSTECH

Îlots pancréatiques

Les îlots pancréatiques sont responsables de la sécrétion d’insuline afin de maintenir votre glycémie sous contrôle. Ces îlots abritent de nombreuses cellules hormonales endocrines qui jouent un rôle essentiel dans le développement et le fonctionnement de votre corps. Plus précisément, on y trouve les cellules β productrices d’insuline, les cellules α productrices de glucagon et les cellules δ productrices de somatostatine.

Matrice extracellulaire (MEC)

Il est à noter que les îlots pancréatiques sont situés au sein d’une matrice extracellulaire (MEC) riche en protéines et biomolécules essentielles à la croissance structurelle et biochimique de vos cellules. Ainsi, toute perturbation de la MEC peut affecter négativement la production de glucose de votre corps.
Des recherches montrent que votre MEC ne contient qu’environ 2 % de protéines de la membrane basale (MB). Ces protéines se sont avérées cruciales dans la production de glucose, car elles sont responsables de la stabilisation de l’affinité de liaison de la MEC des cellules endocrines et du signalement des intégrines.

Vasculature

Un vaste réseau de veines assure l’irrigation sanguine de vos îlots pancréatiques et de la MEC. Cette vasculature aide à fournir à la MEC les nutriments dont elle a besoin pour soutenir les îlots et leur fonction principale de sécrétion d’insuline afin de réduire le taux de sucre dans le sang.

Le rôle de l’impression 3D bioprinting dans l’étude

Le bioprinting est une forme d’impression 3D qui utilise des matériaux vivants en croissance. Il peut être employé pour fabriquer des environnements biologiques complexes, idéaux pour les tests et la recherche. Dans cette étude, les ingénieurs créent des guides géométriques basés sur le bioprinting afin de reconstruire la disposition spatiale des périphéries naturelles des îlots.

La plateforme HICA‑V

La nouvelle stratégie d’impression appelée HICA‑V est capable de créer des cellules d’îlots dérivées de cellules souches ainsi que des structures vasculaires, similaires à celles présentes dans le corps. Plus précisément, le système utilise des guides géométriques pour recréer le motif spatial des périphéries des îlots. Cette stratégie a permis aux ingénieurs de reproduire les conditions pancréatiques de façon à ce que les îlots se développent pleinement.
De plus, l’étude détaille comment l’équipe a bio‑ingénieré des niches pancréatiques similaires à celles du vivant. Ils ont accompli cette tâche en obtenant la combinaison adéquate de matrice extracellulaire spécifique au tissu pancréatique et de protéines de la membrane basale.

Bioencre PINE : Recréer l’environnement pancréatique

L’équipe a dû créer un nouveau type de bioencre pour atteindre son objectif de recréer les conditions des îlots pancréatiques. Pour cela, les scientifiques ont développé une bioencre spécialisée appelée PINE (MEC semblable à la niche péri‑îlot).
Il est à noter que cette variante d’encre comprend des composants essentiels à la croissance des îlots, tels qu’une MEC complète avec des protéines de la membrane basale. Curieusement, les ingénieurs fabriquent l’encre à partir d’extraits de tissu pancréatique réel afin d’obtenir de la laminine et du collagène IV.

Procédures expérimentales et tests

L’équipe a mis en place plusieurs tests afin de garantir l’exactitude de leur découverte. Ils ont commencé par préparer du tissu pancréatique porcin décellulé. Ils ont également utilisé un processus d’agrégation à l’aide de flacons à agitation pour générer des agrégats semblables à des îlots, très similaires aux versions naturelles.

Résultats de l’étude POSTECH

Les résultats de leurs tests révèlent que les cellules cultivées sur la plateforme HICA‑V présentaient des caractéristiques comparables à celles des îlots natifs. Les versions imprimées ont montré une production d’insuline accrue. De plus, les ingénieurs ont pu reproduire les réponses pathologiques observées dans les conditions diabétiques.
Ces résultats démontrent que la méthode d’impression peut reproduire la structure et la fonction du pancréas endocrinien humain. Elle a permis aux cellules imprimées de se développer pleinement en îlots fonctionnels, ouvrant la voie à une recherche avancée et à des traitements de nouvelle génération.

Avantages du traitement du diabète

Cette recherche présente plusieurs avantages qui en font une découverte majeure. Tout d’abord, elle offre une option de test stable et facilement accessible aux fabricants de médicaments et aux professionnels de santé souhaitant surveiller l’efficacité de leurs traitements.
Un autre avantage considérable est la capacité de créer à l’aide d’une imprimante 3D. Cette approche est plus stable et plus facile d’accès. De plus, elle fournit des résultats duplicables qui peuvent être partagés instantanément avec d’autres chercheurs cherchant à créer des îlots pour leurs études.

Rencontrez l’équipe de recherche

Le rapport sur le traitement du diabète a été dirigé par le professeur Jonah Jang de POSTECH. De plus, Myungji Kim, Seungyeun Cho, Dong Gyu Hwang, In Kyong Shim, Song Cheol Kim, Jiwon Jang et Jinah Jang ont participé à la recherche et à la rédaction de l’article.
Il convient de noter que le projet a reçu des financements provenant de diverses sources, notamment une subvention du Ministère des Sciences et des TIC, le Fonds coréen pour la médecine régénérative financé par le Ministère des Sciences et des TIC, le Ministère de la Santé et du Bien‑être, ainsi que le projet Alchemist financé par le Ministère du Commerce, de l’Industrie et de l’Énergie.

Applications et échéanciers

Cette technologie possède plusieurs applications. Tout d’abord, cette recherche et la méthode d’impression 3D améliorée constitueront un outil précieux pour la recherche sur le diabète et le développement de médicaments. Elle permettra aux ingénieurs de tester leurs médicaments sur des cellules vivantes afin de s’assurer qu’ils comprennent bien tous les effets secondaires et l’efficacité.

Cette approche devrait accélérer le développement de médicaments anti‑diabétiques et ouvrir la voie aux greffes d’îlots pancréatiques chez les patients qui ne produisent pas d’insuline. Ces cellules aideront également les scientifiques à mieux comprendre comment des facteurs externes tels que la pollution et l’environnement affectent vos îlots pancréatiques.

Compte tenu des graves problèmes médicaux que le diabète peut engendrer, il existe un soutien considérable pour faire avancer cette procédure à travers toutes les phases de test et la rendre accessible au public le plus rapidement possible. Ainsi, il est possible que cette technologie soit introduite d’ici les cinq prochaines années.

Entreprises leaders de l’innovation dans les traitements du diabète

Le traitement du diabète représente un secteur important et les fabricants de médicaments continuent d’investir massivement pour créer de meilleures options. Des entreprises proposant des tests à domicile à celles offrant des médicaments et des traitements, il existe de nombreux acteurs dans le domaine des soins diabétiques. Voici une entreprise qui a réussi à se démarquer.

Halozyme Therapeutics, Inc

Halozyme Therapeutics (HALO ) est entrée sur le marché en 1998 avec l’objectif d’introduire des méthodes novatrices d’administration de médicaments. L’entreprise est basée à San Diego, CA. Elle est devenue publique en 2004 et s’est depuis imposée comme une force dominante dans le secteur biotechnologique.
Halozyme Therapeutics propose une variété de produits, y compris des méthodes d’administration de médicaments disruptives de nouvelle génération. Ses principaux produits comprennent des dispositifs auto‑injecteurs de premier ordre. Ces unités sont dérivées d’une enzyme hyaluronidase humaine recombinante brevetée (rHuPH20) qui permet l’administration de biothérapies injectables directement depuis un dispositif facile à utiliser.