Des scientifiques ont réussi à créer des structures 3D complexes qui reproduisent la microstructure osseuse. La fusion de la technologie d’impression 3D au laser et d’un processus d’immersion alternée pourrait transformer la culture cellulaire 3D et la transplantation de moelle osseuse.
Des chercheurs ont récemment mis au point une méthode de fabrication qui associe l’impression 3D au laser et un processus d’immersion alternée pour élaborer des structures 3D complexes émulant la microstructure osseuse.
Cette méthode, publiée en ligne dans la revue ACS Biomaterials Science & Engineering représente une première démonstration de cette technologie.
Le os est un matériau hybride composé de substances organiques et inorganiques, principalement de fibres de collagène et d’un minéral inorganique appelé hydroxyapatite (HAp). Ces fibres de collagène minéralisées s’assemblent pour former une structure hiérarchique qui confère une résistance mécanique et une robustesse exceptionnelles au os cortical, la couche externe solide des os longs.
Mimétisme du Micro-environnement de la Moelle Osseuse
Les microstructures présentes dans la moelle osseuse, connues sous le nom de niche de la moelle osseuse, jouent un rôle de régulateurs pour les cellules souches hématopoïétiques. Ces dernières sont des cellules primitives qui se développent en tous types de cellules sanguines. Cependant, le mécanisme par lequel la niche de la moelle osseuse maintient les cellules souches hématopoïétiques reste à élucider.
La transplantation de cellules souches hématopoïétiques offre une stratégie potentielle pour le traitement de la leucémie, du lymphome et des maladies immunitaires. Mais il est difficile pour ces cellules de se multiplier hors du corps. Ainsi, la création d’un modèle de transplantation qui imite l’environnement de la moelle osseuse pourrait être une solution à ces défis, permettant aux cellules souches de se multiplier in vitro avant d’être transplantées.
Innovation en Impression 3D et Processus d’Immersion Alternée
Des travaux antérieurs avaient permis de développer des biomatériaux à base de HAp qui imitent la microstructure osseuse. Toutefois, selon Kazutoshi Iijima, professeur associé à la faculté d’ingénierie de l’Université nationale de Yokohama, « il a été difficile de fabriquer des matériaux composites organiques et inorganiques 3D avec une structure précise par impression 3D au laser ».
La stéréolithographie par balayage laser, une technologie d’impression 3D, peut produire des modèles haute définition d’os. L’équipe a choisi une méthode de fabrication qui combine cette technologie avec un processus d’immersion alternée. Ils ont ainsi construit des modèles microscopiques en hydrogel de méthacrylate de gélatine polymérisé, un polymère biocompatible utilisé dans la bio-impression, et les ont modifiés avec du HAp en utilisant le processus d’immersion alternée avec une solution d’ions calcium et phosphate.
En synthèse
La combinaison de la technologie d’impression 3D au laser et du processus d’immersion alternée a permis de construire des matériaux composites précis de méthacrylate de gélatine et d’hydroxyapatite avec une structure complexe.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la stéréolithographie par balayage laser?
Il s’agit d’une forme de technologie d’impression 3D qui utilise un laser pour polymériser des matériaux liquides, couche par couche, afin de créer des structures tridimensionnelles complexes.
Quels sont les avantages de l’hydroxyapatite (HAp) dans la bio-ingénierie?
L’hydroxyapatite est un minéral qui favorise la liaison et la croissance des cellules osseuses, ce qui en fait un matériau idéal pour imiter la structure osseuse dans les applications biomédicales.
Comment le processus d’immersion alternée contribue-t-il à la fabrication?
Ce processus permet de modifier les structures imprimées en 3D en les immergeant alternativement dans des solutions qui déposent des minéraux, comme le HAp, sur les modèles, reproduisant ainsi la composition minérale des os.
Quel est l’impact potentiel de cette recherche?
Elle pourrait conduire à la création de systèmes de culture cellulaire 3D pour soutenir les greffes osseuses ou créer de la moelle osseuse artificielle, améliorant ainsi les traitements pour diverses maladies.
Quelles sont les prochaines étapes pour cette technologie?
Les recherches futures se concentreront sur l’optimisation de cette technologie pour des applications cliniques et la compréhension des mécanismes de soutien des cellules souches hématopoïétiques.
Références
Article : “Microfabrication of Gelatin Methacrylate/Hydroxyapatite Composites by Utilizing Alternate Soaking Process” – DOI: 10.1021/acsbiomaterials.3c01046
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