Une « pompe cardiaque » fonctionnelle réalisée par impression 3D



Des chercheurs de l’université du Minnesota aux Etats-Unis sont parvenus à réaliser « une pompe cardiaque fonctionnelle » par impression 3D avec des cellules souches humaines. Les travaux ont été publiés dans la revue Circulation Research[1], une publication de l'American Heart Association.

 

Par le passé, « les chercheurs ont essayé d'imprimer en 3D des cardiomyocytes, ou cellules du muscle cardiaque, qui étaient dérivés de ce que l'on appelle des cellules souches humaines pluripotentes », c’est-à-dire « des cellules ayant le potentiel de se développer en n'importe quel type de cellule dans le corps ». « Les scientifiques reprogramment ces cellules souches en cellules de muscle cardiaque et utilisent ensuite des imprimantes 3D spécialisées pour les imprimer dans une structure tridimensionnelle, appelée matrice extracellulaire. » Le problème qui se posait jusqu’alors était l’atteinte de la « densité cellulaire critique pour que les cellules du muscle cardiaque puissent réellement fonctionner ».

 

Dans la présente étude, les chercheurs de l’université du Minnesota ont « optimisé l'encre spécialisée fabriquée à partir de protéines de la matrice extracellulaire », puis « combiné l'encre avec des cellules souches humaines » et utilisé cette encre enrichie de cellules pour imprimer en 3D la structure ventriculaire. « Les cellules souches ont d'abord été développées à des densités cellulaires élevées dans la structure, puis nous les avons différenciées en cellules du muscle cardiaque » explique Brenda Ogle, responsable de l'étude et directrice du département d'ingénierie biomédicale de l'université du Minnesota. Les cellules se différenciant juste à côté les unes des autres, le procédé « ressemble plus à la façon dont les cellules souches se développent dans le corps et se transforment ensuite en cellules de muscle cardiaque ». Avec cette technique, « une densité cellulaire élevée » permettant « aux cellules de battre ensemble », « comme un cœur humain », a pu être atteinte « en moins d'un mois ». La structure obtenue, une sorte de « sac fermé avec une entrée et une sortie de fluide » qui « mesure environ 1,5 centimètre de long » peut « se contracter spontanément et de manière synchrone », capable ainsi « de déplacer un fluide ».

 

« Un outil inestimable pour l'étude du fonctionnement du cœur » selon la chercheuse, qui permettra d’étudier des pathologies et les effets des médicaments ou autres thérapies sur ce modèle, « spécifiquement conçu pour s'adapter à la cavité abdominale d'une souris en vue d'une étude plus approfondie ».

 

 

Pour aller plus loin :

Des parties fonctionnelles du cœur imprimées en 3D

Vers la bio-impression 3D d’organes humains fonctionnels ?

Des cœurs humains imprimés en 3D

Des cellules iPS pour pallier les troubles cardiaques



[1] Molly E. Kupfer, Wei-Han Lin, Vasanth Ravikumar, Kaiyan Qiu, Lu Wang, Ling Gao, Didarul B. Bhuiyan, Megan Lenz, Jeffrey Ai, Ryan R. Mahutga, DeWayne Townsend, Jianyi Zhang, Michael C. McAlpine, Elena G. Tolkacheva, Brenda M. Ogle. In Situ Expansion, Differentiation, and Electromechanical Coupling of Human Cardiac Muscle in a 3D Bioprinted, Chambered Organoid. Circulation Research, 2020; 127 (2): 207 DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.119.316155

 

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Sources: 

Science Daily, University of Minnesota (15/07/2020)