Moins de déchets plastiques en biomédecine
Un doctorant reçoit une bourse de recherche pour développer des méthodes plus durables de culture des cellules souches
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La recherche est essentielle aux progrès de la médecine, mais elle génère malheureusement beaucoup de déchets. Chaque année, les laboratoires du monde entier produisent environ 5,5 millions de tonnes de déchets plastiques. Cela représente 2 % de la quantité totale de déchets plastiques, alors que les chercheurs représentent moins de 0,2 % de la population mondiale. Carlos Hernandez Bautista, doctorant dans le cadre du programme de doctorat en sciences régénératives de l'École de médecine de Hanovre (MHH), souhaite changer cette situation. En tant que membre du groupe de travail dirigé par le Dr Robert Zweigerdt aux Laboratoires de recherche Leibniz pour la biotechnologie et les organes artificiels (LEBAO) de la Clinique de chirurgie cardiaque, thoracique, transplantatoire et vasculaire, il souhaite développer de nouveaux bioprocédés efficaces pour la production de masse de cellules souches pluripotentes humaines (hPSC) dans des bioréacteurs à cuve agitée en verre réutilisables. Les hPSC sont des cellules corporelles qui ont été reprogrammées pour retrouver leur état d'origine et qui peuvent désormais se transformer en presque n'importe quel type de cellule. Dans son projet "Development of sustainable biomedicine for heart regeneration" (Développement d'une biomédecine durable pour la régénération du cœur), les hPSC servent de matériau de départ pour la production de produits de thérapie cellulaire tels que les cellules du muscle cardiaque pour le traitement de l'insuffisance cardiaque. La Fondation Joachim Herz a sélectionné le jeune scientifique et son projet "Développement d'une biomédecine durable pour la régénération cardiaque" dans le cadre de la "bourse complémentaire pour les sciences de la vie interdisciplinaires" et lui accorde une bourse de 15 000 euros.
Bioréacteurs en verre
Les laboratoires de culture cellulaire sont parmi les plus gros contributeurs de déchets plastiques dans la recherche, en particulier ceux qui utilisent des méthodes conventionnelles, dites 2D. Cette technologie, utilisée depuis des décennies dans les sciences de la vie, fait référence à la croissance bidimensionnelle des cellules, par exemple dans des boîtes de culture ou à la surface de bouteilles en plastique. Carlos Hernandez Bautista s'efforce de mettre au point des flux de travail 3D à faible teneur en plastique qui répondent aux exigences élevées de la recherche de pointe sans nuire à l'environnement. Je souhaite utiliser des bioréacteurs en verre réutilisables et introduire les CSHP produites et cryopréservées dans notre laboratoire directement dans le milieu de culture liquide. Cela remplacera complètement les grandes quantités de bouteilles de culture cellulaire en plastique nécessaires pour les méthodes 2D", explique le doctorant. L'un des principaux défis consiste à empêcher les cellules d'être endommagées ou de mourir après décongélation lorsqu'elles sont transférées directement dans des flux de travail en 3D. Le biologiste entend résoudre ce problème en ajoutant divers additifs favorisant la survie à la solution nutritive. Le processus doit être utilisé à la fois pour la culture de masse des cellules souches et pour leur développement ultérieur en différents types de cellules. Dans son projet, les hPSC sont converties en cellules du muscle cardiaque. Ces cardiomyocytes produits biotechnologiquement sont nécessaires en biomédecine pour développer de nouvelles thérapies cellulaires pour le traitement de l'insuffisance cardiaque.
Moins de consommation de milieux de culture
Alors que les CSPh ont un immense potentiel pour la médecine régénérative, les systèmes de culture 2D établis pour la production de masse de ces cellules sont gourmands en plastique, peu économiques et peu évolutifs - ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas être transférés efficacement d'une petite échelle de laboratoire à des volumes de production industrielle sans compromettre la qualité ou le rendement. Cette approche non durable est en contradiction avec le besoin urgent de méthodes de laboratoire plus respectueuses de l'environnement", souligne le Dr Zweigerdt. Cela concerne non seulement l'utilisation du plastique, mais aussi le besoin de milieux de culture. Pour résoudre ce problème, nous avons mis au point une stratégie révolutionnaire de culture en suspension 3D qui nous permet non seulement de décupler le rendement des HPSC, mais aussi de réduire de 75 % les besoins en milieux de culture", explique le chef du groupe de recherche.
Le système de santé en profite également
Le projet est hautement interdisciplinaire et intègre des domaines tels que la biologie des cellules souches, la régénération cardiaque, la biotechnologie, la médecine régénérative, la bio-informatique et les sciences de l'environnement, afin de faire progresser l'application clinique des CSPh et des produits cellulaires qui en sont dérivés. La bourse de recherche me donne l'occasion de travailler avec des experts du monde entier pour mettre au point un processus de production de thérapies cellulaires régénératives répondant à des normes scientifiques élevées", explique M. Hernandez Bautista. En outre, les chercheurs du LEBAO souhaitent utiliser des méthodes de laboratoire plus respectueuses de l'environnement. L'objectif à long terme est d'obtenir la certification de l'organisation américaine à but non lucratif "My Green Lab", qui soutient les pratiques durables dans les laboratoires de recherche. Mais l'environnement n'est pas le seul à bénéficier des nouvelles méthodes de production. Le développement de flux de travail efficaces, purement basés sur la 3D, vise à rendre les nouvelles approches médicales abordables pour les patients et le système de santé.
Bourse complémentaire
La Fondation Joachim Herz soutient chaque année jusqu'à 80 chercheurs dans les domaines de l'ingénierie, de l'économie et des sciences de la vie en leur apportant des ressources financières et non matérielles. Carlos Hernandez Bautista, doctorant, a été sélectionné parmi plus de 500 candidats pour la prestigieuse bourse Add-on pour les sciences de la vie interdisciplinaires. Cette bourse lui permettra d'approfondir ses connaissances dans le domaine de la durabilité et d'appliquer des méthodes plus respectueuses de l'environnement en laboratoire. Le financement s'adresse à d'excellents chercheurs en début de carrière qui travaillent sur des sujets de recherche interdisciplinaires d'importance sociale dans le domaine des "ressources de l'avenir". La bourse de recherche comprend un soutien individuel et la possibilité de travailler en réseau avec d'autres boursiers sur une période de deux ans et trois mois.
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