Bio3DPrinting excelle dans l'ingénierie tissulaire humaine

Fruit de la collaboration entre l'industrie et le monde universitaire, Bio3DPrinting a été fondée en 2021 pour accélérer la commercialisation de la technologie Electrospider, fruit de recherches effectuées autour de l'année 2010. Electrospider est une bio-imprimante 3D pouvant créer des structures tissulaires tridimensionnelles. Ces structures sont assemblées couche par couche à partir d'un modèle numérique, comme pour une impression 3D traditionnelle.

« Nous utilisons non pas des matériaux traditionnels d'impression 3D mais des matières biologiques, comme des cellules et des biopolymères, parfois appelées bio-encres ou encres biologiques », explique Aurora De Acutis, présidente de Bio3DPrinting et chercheuse à l'Université de Pise en Italie. « Ces structures sont actuellement utilisées pour le développement médicamenteux, les essais de nouveaux médicaments et les traitements médicaux personnalisés. »

La bio-imprimante Electrospider de Bio3DPrinting fabrique des modèles tissulaires humains complexes via un système unifié. Cette avancée révolutionnaire combine plusieurs technologies de bio-impression en un seul flux homogène, ce qui constitue une innovation notable dans le domaine de la biofabrication, en particulier en ce qui concerne la médecine régénérative, les tests médicamenteux et l'ingénierie tissulaire.

Défis liés à l'impression 3D de systèmes biologiques

La reproduction de tissus humains en dehors du corps (in vitro) nécessite de démarrer avec des « échafaudages » imitant l'environnement matriciel extracellulaire à l'intérieur du corps. Ces échafaudages fournissent un support physique et chimique aux cellules, offrant notamment une structure tridimensionnelle pouvant être occupée par les cellules, permettant à celles-ci d'adhérer, de proliférer et de mûrir.

Les tissus humains, hautement complexes, sont des systèmes multi-matériaux organisés selon une structure hiérarchique allant de la nano-échelle à la micro-échelle. Cette organisation précise est indispensable au bon fonctionnement mécanique et biologique de chaque tissu. « La réplication de tous ces aspects est essentielle dans le développement d'un échafaudage aussi fonctionnel que possible », explique A. De Acutis. « Une fois imprimées avec tous les biomatériaux nécessaires, les cellules peuvent trouver un environnement propice dans lequel elles pourront adhérer et proliférer. »

Un échafaudage n'est pas qu'une simple structure physique maintenant les cellules en place : c'est un environnement minutieusement conçu et qui joue un rôle actif dans la manière dont les cellules croissent, se déplacent, se multiplient et mûrissent. Tout comme un pont ou une machine doit être conçu pour supporter des forces du monde réel comme le poids, la météo et l'usure, un échafaudage bio-imprimé doit satisfaire des conditions mécaniques, chimiques et biologiques précises pour permettre aux cellules de survivre, de s'organiser et de se développer au fil du temps.

Le besoin d'une bio-impression fiable et reproductible a été l'une des principales raisons du développement de la bio-imprimante 3D Electrospider. A. De Acutis se souvient qu'avant Electrospider, le processus était particulièrement fragmenté : « Au départ, nous avons fabriqué un échafaudage à l'aide d'une bio-imprimante pouvant traiter un biomatériau à une certaine résolution, avant de passer à une autre [technologie] pour pouvoir ajouter des éléments dans un autre biomatériau ou utiliser le même matériau à une autre résolution. » 

Dans ce flux fragmenté, nous devions jongler entre les technologies et de nombreuses interventions humaines, ce qui compromettait régulièrement la qualité de la construction finale, notamment lorsque le résultat était destiné à être implanté dans le corps humain.

Face aux limites de cette approche, nous avons conçu une bio-imprimante unique, capable de traiter simultanément plusieurs biomatériaux à différentes résolutions afin de permettre une véritable biofabrication multi-échelles et multi-matériaux. Le processus ainsi simplifié réduit les erreurs tout en améliorant considérablement l'homogénéité et la qualité.

« Le portefeuille SOLIDWORKS Extended a joué un rôle stratégique dans tous les aspects », s'enthousiasme A. De Acutis. Bio3DPrinting travaille également sur l'intégration de l'intelligence artificielle dans le but de surveiller et contrôler le processus de bio-impression en temps réel. L'objectif est de veiller à ce que chaque étape soit gérée de manière précise, afin que les structures bio-imprimées finales répondent aux normes strictes dans un cadre clinique.

A. De Acutis conclut : « C'est incroyable de se dire qu'une simple impression peut sauver des vies. » Et c'est ce rêve que Bio3DPrinting tente de réaliser. L'entreprise espère voir, dans le futur, de nombreuses bio-imprimantes installées dans les établissements hospitaliers. L'espoir ultime : pouvoir, un jour, imprimer des organes complets pour sauver des vies.