Biotechnologie
Une nouvelle technique permet d’imprimer en 3D des tissus cérébraux fonctionnels
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Impression 3D d’organes
L’impression 3D, ou fabrication additive, transforme les procédés de production et utilise désormais de nombreux matériaux. Parmi ses applications médicales les plus prometteuses figure la bio-impression de tissus vivants.
La bio-impression pourrait un jour contribuer à produire des tissus ou des organes destinés à la transplantation. L’impression sur demande d’un cœur, d’un foie ou d’un poumon humain entièrement fonctionnel reste toutefois un objectif de recherche. Nous avons abordé ce domaine dans notre article « Des organes à la demande : les actions de la bio-impression 3D ».
Une équipe à l’Université du Wisconsin–Madison, dirigée par Su‑Chun Zhang, professeur de neurosciences et de neurologie a franchi une étape importante dans la bio-impression de tissus cérébraux. Les cellules imprimées ont formé des réseaux capables de communiquer au laboratoire. Il s’agit d’un modèle de recherche, et non d’un cerveau complet ni d’un tissu prêt à être greffé.
Une bio-encre adaptée aux neurones
La réussite repose notamment sur l’adaptation de la méthode d’impression aux besoins particuliers des cellules nerveuses.
Au lieu d’empiler les couches uniquement à la verticale, l’équipe a disposé les cellules horizontalement. Elle a utilisé des neurones issus de cellules souches pluripotentes induites et un gel de bio-encre plus souple que dans les tentatives précédentes.
Le gel reste suffisamment structuré pour maintenir le tissu, tout en permettant aux neurones de prolonger leurs ramifications et d’établir des connexions. La faible épaisseur du tissu facilite aussi l’apport d’oxygène et de nutriments depuis le milieu de culture.
Source: Cell Stem Cell
Les cellules imprimées ont établi des connexions au sein des couches et entre celles-ci. Les neurones pouvaient transmettre des signaux et interagir par l’intermédiaire de neurotransmetteurs. Des cellules de soutien ajoutées au modèle participaient également à ces réseaux. Ces résultats reproduisent certains aspects du tissu cérébral humain sans en reconstituer toute la complexité.
Un nouvel outil de recherche
Par rapport aux organoïdes cérébraux, cette méthode offre davantage de contrôle sur les types de cellules et leur disposition. Les deux approches peuvent apporter des informations complémentaires ; cette précision ne rend pas le modèle imprimé supérieur pour toutes les questions de recherche.
Source: Broad Institute
En choisissant les cellules et leur organisation, les chercheurs pourraient étudier des mécanismes associés à la maladie d’Alzheimer ou à la trisomie 21. Ils pourraient aussi comparer les interactions entre tissus sains et pathologiques et tester des candidats médicaments. Ces modèles ne sont pas des répliques complètes de cerveaux malades.
“Parce que nous pouvons imprimer le tissu selon un design, nous pouvons disposer d’un système défini pour observer le fonctionnement du réseau de notre cerveau humain. Nous pouvons examiner très spécifiquement comment les cellules nerveuses communiquent entre elles sous certaines conditions, car nous pouvons imprimer exactement ce que nous voulons.”
Le fonctionnement cérébral repose sur des réseaux de cellules. La possibilité d’étudier leurs connexions dans un environnement contrôlé constitue donc un outil utile pour la recherche fondamentale.
La méthode utilise une bio-imprimante commerciale de paillasse et des techniques de culture accessibles aux laboratoires spécialisés. Les tissus peuvent être étudiés au microscope, par imagerie et à l’aide d’électrodes couramment employées en neurosciences. Cela ne signifie pas qu’une imprimante 3D ordinaire destinée au plastique suffit.
Entreprises du secteur de la bio-impression
1. BICO Group AB
L’équipe du professeur Zhang a utilisé une bio-imprimante Cellink pour produire ses tissus cérébraux.
En 2021, le groupe Cellink a pris le nom BICO après l’acquisition de Cytena en 2019 et de Scienion en 2020. Cellink est restée la marque de l’activité de bio-impression.
Au troisième trimestre 2023, la bio-impression représentait environ 16 millions de dollars de ventes selon les conversions approximatives citées dans l’article, contre 28 millions pour les biosciences et 12 millions pour la bioautomatisation. Les comptes du groupe sont publiés en couronnes suédoises.
Source: BICO Group AB
Cellink figure parmi les fabricants d’équipements de bio-impression. L’étude de l’équipe Zhang illustre une application de ces machines à la recherche en neurosciences, un domaine où la bio-impression était encore peu développée.
À long terme, les fournisseurs pourraient voir se développer des applications au-delà des seuls outils de recherche. Une utilisation clinique plus large pourrait accroître la demande d’équipements et de consommables, mais elle dépendra des progrès scientifiques, des autorisations et de la viabilité économique des traitements.
Les fabricants d’équipements de laboratoire peuvent aussi générer des ventes récurrentes de consommables, notamment dans le séquençage chez PacBio (PACB) et Illumina (ILMN). Leur poids diffère toutefois selon l’entreprise et la période : chez PacBio, les consommables représentaient environ 63,4 millions de dollars sur 200,5 millions de chiffre d’affaires en 2023, soit près de 32 %, et non 80 %.
2. Organovo
Organovo utilise une technologie de tissus humains imprimés en 3D pour reproduire certaines caractéristiques de tissus réels, notamment leur composition, leur architecture, leur fonctionnement et certains états pathologiques.
Ces modèles servent à rechercher et à évaluer des molécules ayant un potentiel thérapeutique. L’entreprise espère améliorer la sélection des candidats avant les essais chez l’être humain. Un modèle in vitro plus représentatif ne garantit toutefois pas le succès clinique.
Les programmes décrits concernent notamment les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin, ou MICI, ainsi que des pathologies hépatiques. Organovo développait FXR314 et prévoyait des études de phase 2a dans la rectocolite hémorragique. Les résultats attendus pour 2025 étaient des objectifs annoncés, et non des résultats déjà obtenus ; il ne faut pas confondre ces études avec une phase 2/3 achevée.
Source: Organovo
L’article citait une estimation commerciale du marché de la rectocolite hémorragique de 6,6 milliards de dollars, avec une croissance annuelle composée de 6 % jusqu’à environ 12 milliards en 2032. Ces projections restent incertaines et doivent être distinguées de données épidémiologiques validées sur le nombre de patients.
Organovo cherche à reproduire certains aspects du tissu intestinal, notamment un épithélium polarisé et une couche interstitielle. Cette organisation peut aider à étudier les effets d’un médicament au laboratoire, sans reproduire toutes les réactions possibles chez un patient.
Source: Organovo
Organovo peut intéresser les investisseurs qui suivent l’utilisation de la bio-impression pour découvrir de nouvelles thérapies. Son potentiel dépend notamment de la validation des modèles, des résultats cliniques, de ses besoins de financement et de sa capacité à développer des produits commercialisables.
