Applications de bio-impression, outils et conseils pour réussir

Qu’est-ce que la bio-impression et dans quelles applications est-elle utile ?

La bio-impression tire ses origines de l’impression 3D, une technologie qui offre une profondeur à la matière imprimée. En distribuant des cellules et autres matériaux (p. ex., matrice extracellulaire), elle parvient à imiter les tissus ou organes naturels. La bio-impression permet aux chercheurs de modéliser des systèmes biologiques complexes sans avoir à suivre un flux de travail manuel laborieux.

À ce jour, les applications de bio-impression se concentrent principalement sur la recherche des organoïdes et sur la médecine régénératrice. En utilisant les bio-imprimantes pour la génération d’organoïdes, les chercheurs peuvent éliminer l’inévitable variabilité entre les utilisateurs, associée à la production manuelle des dômes d’hydrogel. En outre, en bio-imprimant des tissus comme la peau, des vaisseaux sanguins, des muscles ou des os, il est possible de reproduire in vitro ces systèmes de manière plus précise pour étudier comment ils pourraient être utilisés à des fins de régénération.

Quels outils peuvent être utilisés pour la bio-impression ?

Les bio-imprimantes peuvent être classées dans quatre catégories principales. La première, les systèmes à jet d’encre, utilisent la chaleur ou les vibrations pour pulvériser des gouttelettes de “bio-encre” sur la surface du récipient de culture. Bien que relativement peu coûteux, les systèmes à jet d’encre sont souvent incompatibles avec la plupart des liquides à viscosité élevée nécessaires à la génération d’organoïdes et de tissus. Les bio-imprimantes laser, en revanche, fonctionnent par dépôt de cellules et autres matériaux étrangers en couches. Elles offrent une précision élevée et sont compatibles pour la bio-impression de matériaux plus visqueux, mais présentent un risque accru de dommages cellulaires en raison de l’utilisation de la chaleur.

Les bio-imprimantes à extrusion utilisent la pression pour passer l’échantillon à travers une buse et créer une forme prédéfinie. La pression peut facilement être réglée pour des types d’échantillons avec différents niveaux de viscosité, c’est pourquoi la bio-impression à extrusion est souvent privilégiée par les chercheurs pour sa flexibilité. Les bio-imprimantes basées sur l’utilisation de champs électriques offrent la précision la plus élevée. En revanche, cela se reflète dans le prix et les méthodes doivent être rigoureusement optimisées pour éviter les dommages cellulaires.

Outre l’instrumentalisation, de nombreux réactifs sont disponibles pour les applications de bio-impression, dont la plupart ont été conçus à l’origine pour la production manuelle de cultures cellulaires en 3D. Un des exemples les plus connus est Corning™ Matrigel™ Matrix, une matrice de membrane basale qui est largement utilisée pour la recherche sur les organoïdes. Plus récemment, plusieurs bio-encres sacrificielles ont fait leur entrée dans le commerce. Elles sont utiles pour la construction de tissus vascularisés, de canaux dans les dispositifs microfluidiques et pour le soutien de structures pour les constructions tissulaires plus complexes, ainsi que pour la réalisation d’expériences de validation antérieures à la bio-impression de cellules vivantes.

À quel point est-il facile de débuter avec la bio-impression ?

Bien que les chercheurs qui débutent dans la bio-impression puissent bénéficier de certaines connaissances antérieures concernant des techniques sous-jacentes, les systèmes sont désormais disponibles afin d’éliminer plusieurs facteurs de complication inhérents. Un exemple est Corning Matribot™ Bioprinter, un système à extrusion qui a été conçu pour une utilisation avec des hydrogels sensibles à la température tels que la matrice Matrigel. Une des difficultés principales lors de l’utilisation de la matrice Matrigel est qu’elle se gélifie à température ambiante. Par conséquent, la matrice Matrigel et les cônes de pipette utilisés pour manipuler l’échantillon doivent être conservés au frais afin d’éviter une polymérisation prématurée. La bio-imprimante Matribot résout ce problème en incorporant une tête d’impression à seringue refroidie et une plateforme d’impression chauffée, garantissant le réglage de la matrice Matrigel qu’une fois qu’elle a atteint le récipient de culture.

Quels sont certains facteurs à prendre en compte pour la bio-impression ?

Comme tout autre technique de recherche, la bio-impression nécessite des optimisations. Un des facteurs les plus importants à prendre en compte est la nature du système à étudier, qui variera selon les types de cellules impliqués. Par exemple, des cellules endothéliales peuvent nécessiter un ECM différent des cellules musculaires, alors que d’autres types de cellules, tels que les kératinocytes et les cellules cornéennes nécessitent souvent un réseau de soutien des fibroblastes ou des cellules stromales, respectivement. Il est également important de réfléchir au débit expérimental. Une étude utilisant des organoïdes dérivés du cerveau afin de découvrir des voies de signalisation développementales peut être réalisée dans une boîte de Petri pour permettre l’approfondissement de l’étude en aval, tandis que l’utilisation de plaques à 96 ou 384 puits serait plus adaptée à des applications à débit plus élevé, telles que le dépistage de drogues.

Peu importe l’objectif de l’étude, il est important que les cellules présentent une viabilité élevée d’entrée de jeu. Cela passe par la conservation des cellules de culture en phase logarithme de croissance et le stockage du matériau tissulaire de manière appropriée dès le prélèvement afin d’éviter une mort cellulaire indésirable.