Lutter contre les maladies de la peau grâce à la bio-impression 3D

Environ un quart de la population européenne souffre de maladies inflammatoires chroniques de la peau telles que le psoriasis, l'eczéma ou l'acné. Il est souvent difficile de mettre au point de nouvelles thérapies pour ces affections. Les expériences sur les animaux - outre les problèmes éthiques qu'elles posent - ne donnent souvent pas de résultats fiables, car la peau animale est très différente de la peau humaine, tant sur le plan de l'anatomie que de la réponse immunitaire.

Les modèles dits in vitro sont donc nécessaires pour étudier les maladies de la peau dans des conditions de laboratoire. Ces modèles doivent être immunocompétents, c'est-à-dire qu'ils doivent contenir toutes les cellules immunitaires nécessaires pour reproduire la situation de la peau réelle. La récente collaboration entre l'Université technique de Vienne et l'Université médicale de Vienne a permis d'étudier comment la bio-impression 3D avec des biomatériaux pourrait combler cette lacune. Ces travaux sont présentés dans un article de synthèse récemment publié dans Advanced Healthcare Materials.

À la recherche du bon modèle de peau in vitro

"Différentes méthodes ont été utilisées par le passé pour créer des échantillons ressemblant à la peau humaine", explique le professeur Georg Stary, du département de dermatologie de l'université de médecine de Vienne.

"L'une des options consiste à incorporer des cellules de tissu conjonctif dans une solution de collagène et à les cultiver. Toutefois, cette méthode offre peu de contrôle sur la structure spatiale, la couche cellulaire obtenue n'est pas très stable et il est difficile d'intégrer des cellules immunitaires ou des vaisseaux sanguins dans la construction, qui jouent un rôle déterminant dans les processus inflammatoires chroniques."

Une autre possibilité est la méthode dite d'auto-assemblage : les cellules du tissu conjonctif sont cultivées en présence de grandes quantités de vitamine C, ce qui les stimule à construire leur propre matrice extracellulaire qui fournit un soutien structurel. "Mais ce processus prend beaucoup de temps et demande beaucoup de travail", explique M. Stary. "Et il manque de reproductibilité - chaque échantillon se développe différemment, et nous avons peu de contrôle sur la structure qui se forme."

La peau d'une imprimante

"Ce sont exactement les problèmes que la bio-impression 3D peut aider à résoudre", explique M. Ovsianikov. "Le tissu tridimensionnel est construit couche par couche à partir de cellules vivantes et de matériaux soigneusement sélectionnés, de manière automatisée et conformément à une conception assistée par ordinateur.

Les cellules et les hydrogels sont combinés en une "bio-encre" visqueuse, qui est ensuite déposée en brins ou en minuscules gouttelettes, un peu comme l'encre d'une imprimante à jet d'encre classique.

La TU Wien a démontré que le choix de l'hydrogel et des types de cellules est crucial pour la réussite du modèle. En fonction de l'application envisagée, des bio-encres spécialement conçues sont nécessaires.

Des structures sur mesure pour différents objectifs

Grâce aux technologies de bio-impression 3D mises en place à la TU Wien, il est possible de produire des modèles de peau de manière contrôlée et hautement reproductible, ce qui permet d'étudier différentes maladies.

"Nous avons développé des modèles psoriasiques contenant des cellules T, les cellules immunitaires qui déclenchent l'inflammation chronique observée dans le psoriasis", explique Andrea Gabriela Ulloa-Fernández (TU Wien). "Grâce à ces modèles, nous pouvons étudier la façon dont les tissus réagissent à des médicaments spécifiques".

Des modèles inflammatoires ont également été produits à l'aide de la méthode d'impression 3D pour tester des substances anti-inflammatoires. Il est même possible de créer des structures avec des vaisseaux sanguins, par exemple pour étudier les lésions vasculaires dans le diabète.

"Avec notre méthode, nous pouvons définir avec précision l'architecture du modèle 3D et la distribution de la matrice extracellulaire dans laquelle les cellules s'attachent et prolifèrent", explique Ulloa-Fernández. "Cela nous permet de contrôler le résultat final d'une manière tout à fait nouvelle par rapport aux techniques précédentes. Nous espérons que nos modèles de peau artificielle contribueront à faire avancer de manière significative la recherche sur un large éventail de maladies de la peau."