There are currently hundreds of thousands of people on transplant lists, waiting for critical organs like kidneys, hearts, and livers that could save their lives. Unfortunately, there aren’t nearly enough donor organs available to fill that demand.
Il y a actuellement des centaines de milliers d'individus en attente de greffe, notamment pour des organes vitaux comme un rein, un cœur ou un foie, ce qui pourrait sauver leur vie. Malheureusement, on est loin d'avoir assez de donneurs d'organes pour répondre à la demande.
What if instead of waiting, we could create brand-new, customized organs from scratch? That’s the idea behind bioprinting, a branch of regenerative medicine currently under development. We’re not able to print complex organs just yet, but simpler tissues including blood vessels and tubes responsible for nutrient and waste exchange are already in our grasp.
Et si, au lieu d'attendre, on pouvait créer des organes tout neufs, sur mesure, de A à Z ? C'est le principe de la bio-impression, une branche de la médecine régénérative, actuellement en train d'être développée. Nous ne sommes pas encore en mesure d'imprimer des organes complexes mais des tissus plus simples comme des vaisseaux sanguins et des canaux qui se chargent de l'équilibre entre nutriments et déchets sont déjà à notre portée.
Bioprinting is a biological cousin of 3-D printing, a technique that deposits layers of material on top of each other to construct a three-dimensional object one slice at a time. Instead of starting with metal, plastic, or ceramic, a 3-D printer for organs and tissues uses bioink: a printable material that contains living cells.
La bio-impression est l'équivalent biologique de l'impression 3D, une technique qui superpose des couches de matériau les unes sur les autres, afin de créer un objet en trois dimensions une couche à la fois. Au lieu de commencer avec du métal, du plastique ou de la céramique, une imprimante 3D pour des organes et des tissus utilise de l'encre biologique : un matériau imprimable qui contient des cellules vivantes.
The bulk of many bioinks are water-rich molecules called hydrogels. Mixed into those are millions of living cells as well as various chemicals that encourage cells to communicate and grow. Some bioinks include a single type of cell, while others combine several different kinds to produce more complex structures.
L'essentiel des bio-encres sont des molécules riches en eau : les hydrogels. À ces hydrogels sont ajoutés des millions de cellules vivantes, ainsi que différents produits chimiques qui incitent les cellules à se développer. Certaines bio-encres sont composées d'un seul type de cellule, tandis que d'autres en allient plusieurs pour produire une structure plus complexe.
Let’s say you want to print a meniscus, which is a piece of cartilage in the knee that keeps the shinbone and thighbone from grinding against each other. It’s made up of cells called chondrocytes, and you’ll need a healthy supply of them for your bioink. These cells can come from donors whose cell lines are replicated in a lab. Or they might originate from a patient’s own tissue to create a personalized meniscus less likely to be rejected by their body. There are several printing techniques, and the most popular is extrusion-based bioprinting. In this, bioink gets loaded into a printing chamber and pushed through a round nozzle attached to a printhead. It emerges from a nozzle that’s rarely wider than 400 microns in diameter, and can produce a continuous filament roughly the thickness of a human fingernail.
Imaginons que l'on veuille imprimer un ménisque, une partie du genou faite de cartilage qui empêche le tibia et le fémur de frotter l'un à l'autre. Il est composé de cellules appelées chondrocytes, dont il faudra un nombre important pour l'encre biologique. Ces cellules peuvent provenir de donneurs, et seront reproduites en laboratoire. Ou bien elles peuvent provenir des propres tissus du patient afin de créer un ménisque personnalisé, moins à risque d'être rejeté par le corps. Il y a plusieurs techniques d'impression et la plus populaire est la bio-impression par extrusion. Pour celle-ci, la bio-encre est chargée dans une chambre d'impression et passe à travers un embout rond, attaché à une tête d'impression. Elle sort d'un embout dont le diamètre ne dépasse que rarement les 400 microns, et qui peut produire un filament en continu dont l'épaisseur approche celle d'un ongle humain.
A computerized image or file guides the placement of the strands, either onto a flat surface or into a liquid bath that’ll help hold the structure in place until it stabilizes. These printers are fast, producing the meniscus in about half an hour, one thin strand at a time.
Une image ou un fichier informatisé guide le placement des fils, soit sur une surface plane, soit dans un récipient rempli de liquide afin d'aider à maintenir la structure en place jusqu'à ce qu'elle soit stable. Ces imprimantes sont rapides et produisent le ménisque en environ une demi-heure, en imprimant un fil fin à la fois.
After printing, some bioinks will stiffen immediately; others need UV light or an additional chemical or physical process to stabilize the structure. If the printing process is successful, the cells in the synthetic tissue will begin to behave the same way cells do in real tissue: signaling to each other, exchanging nutrients, and multiplying.
Après l'impression, certaines bio-encres deviennent solides immédiatement. D'autres ont besoin de lumière UV, ou d'un autre processus chimique ou physique pour pouvoir stabiliser la structure. Si le processus d'impression a fonctionné, les cellules du tissu synthétique vont développer le même comportement que les cellules dans du vrai tissu : envoi de signaux les unes aux autres, échange de nutriments et multiplication.
We can already print relatively simple structures like this meniscus. Bioprinted bladders have also been successfully implanted, and printed tissue has promoted facial nerve regeneration in rats. Researchers have created lung tissue, skin, and cartilage, as well as miniature, semi-functional versions of kidneys, livers, and hearts. However, replicating the complex biochemical environment of a major organ is a steep challenge. Extrusion-based bioprinting may destroy a significant percentage of cells in the ink if the nozzle is too small, or if the printing pressure is too high. One of the most formidable challenges is how to supply oxygen and nutrients to all the cells in a full-size organ. That’s why the greatest successes so far have been with structures that are flat or hollow— and why researchers are busy developing ways to incorporate blood vessels into bioprinted tissue.
Nous pouvons déjà imprimer des structures assez simples, comme ce ménisque. Des vessies bio-imprimées ont également été greffées avec succès, et des tissus imprimés ont contribué à régénérer les nerfs faciaux chez les rats. Des chercheurs ont créé de la peau, du tissu pulmonaire, du cartilage, et des mini-versions quasi-fonctionnelles de reins, de foies et de cœurs. Cependant, parvenir à reproduire l'environnement biochimique complexe d'un organe vital constitue un défi de taille. La bio-impression par extrusion peut parfois détruire un pourcentage significatif des cellules dans l'encre si l'embout est trop petit, ou si la pression de l'impression est trop élevée. L'un des défis les plus impressionnants est de fournir de l'oxygène et des nutriments à chaque cellule d'un organe à taille réelle. C'est pourquoi, jusqu'à présent, les réussites majeures ont été accomplies avec des structures plates, ou creuses, et c'est pourquoi les scientifiques cherchent
There’s tremendous potential to use bioprinting to save lives and advance our understanding of how our organs function in the first place. And the technology opens up a dizzying array of possibilities, such as printing tissues with embedded electronics. Could we one day engineer organs that exceed current human capability, or give ourselves features like unburnable skin? How long might we extend human life by printing and replacing our organs? And exactly who—and what— will have access to this technology and its incredible output?
à inclure des vaisseaux sanguins aux tissus bio-imprimés. La bio-impression a un potentiel énorme pour sauver des vies et développer notre savoir concernant le fonctionnement de base de nos organes. La technologie ouvre un champ de possibilités à donner le vertige, comme l'impression de tissus avec des systèmes électroniques intégrés. Pourra-t-on un jour développer des organes qui surpasseront nos capacités actuelles, ou nous fournir une peau qu'on ne peut pas brûler ? À quel point pourra-t-on rallonger nos vies en imprimant et remplaçant nos organes ? Et qui, et quoi, précisément