Adam Feinberg, professeur de génie biomédical à l’université Carnegie Mellon, et son équipe ont créé le premier modèle de cœur humain bio-imprimé en 3D en utilisant leur technique Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (FRESH, intégration réversible libre d’hydrogels en suspension).
Ce modèle est apparu dans une vidéo récente de l’American Chemical Society et a été créé à partir de données IRM à l’aide d’une imprimante 3D spécialement conçue, le modèle imite de manière réaliste l’élasticité du tissu cardiaque et des sutures.
Ce jalon représente l’aboutissement de deux années de recherche, qui non seulement apporte de l’espoir aux chirurgiens, mais a également un impact à long terme sur la recherche future sur les organes issus d’ingénierie biologique.
Le laboratoire Feinberg a inventé la technologie FRESH de la bio-impression 3D pour répondre à la demande non satisfaite de polymères d’impression 3D flexibles, qui n’ont pas la rigidité nécessaire pour tenir debout sans support comme dans une impression normale. L’impression 3D FRESH utilise une aiguille pour injecter de l’encre bio dans un bain d’hydrogel mou qui soutient l’objet pendant le processus d’impression. Une fois terminé, une simple application de chaleur fait fondre l’hydrogel, ne laissant que l’objet bio-imprimé en 3D.
Bien que le laboratoire de Feinberg ait prouvé la polyvalence et la fidélité de la technologie FRESH, le principal obstacle à la réalisation de cette étape est l’impression d’un cœur humain à l’échelle réelle. Cela a nécessité la construction d’une nouvelle imprimante 3D personnalisée pour contenir un bain de support en gel suffisamment grand pour imprimer à la taille souhaitée, ainsi que des modifications mineures du logiciel pour maintenir la vitesse et la fidélité de l’impression.
Les grands hôpitaux disposent généralement d’installations pour imprimer des modèles 3D du corps des patients afin d’aider les chirurgiens à éduquer les patients et à planifier la procédure proprement dite. Cependant, ces tissus et organes ne peuvent être modélisés qu’avec du plastique dur ou du caoutchouc. Le cœur de l’équipe de Feinberg est fabriqué à partir d’un polymère naturel mou appelé alginate, ce qui lui confère des propriétés similaires à celles du véritable tissu cardiaque. Pour les chirurgiens, cela permet de créer des modèles qui peuvent être coupés, cousus et manipulés comme un vrai cœur. L’objectif à court terme de Feinberg est de commencer à travailler avec des chirurgiens pour affiner leur technologie et s’assurer qu’elle est prête pour le milieu hospitalier.
« Maintenant, nous pouvons construire un modèle qui peut non seulement effectuer une planification visuelle, mais également une pratique physique. » explique M.Feinberg. « Le chirurgien peut le manipuler et le faire réagir comme un vrai tissu, de sorte qu’une fois sur le site de l’opération, il dispose d’un niveau supplémentaire de pratique réaliste dans ce cadre. »
Cet article représente un autre signe important sur le long chemin vers la bio-ingénierie d’un organe humain fonctionnel. Des échafaudages souples et biocompatibles comme celui créé par le groupe de Feinberg pourraient un jour fournir la structure à laquelle les cellules adhèrent et forment un système d’organes, ce qui rapprocherait la biomédecine de la capacité à réparer ou à remplacer des organes humains complets. « Bien que des obstacles majeurs subsistent dans la bio-impression d’un cœur humain fonctionnel, nous sommes fiers de contribuer à établir ses fondements en utilisant la plate-forme FRESH tout en montrant des applications immédiates pour une simulation chirurgicale réaliste », a ajouté Eman Mirdamadi, auteur principal de la publication.
Source :
ACS Biomaterials Science and Engineering Photo https://mma.prnewswire.com/media/1337962/Carnegie_Mellon_University_3D_Heart.jpg
