Dans un laboratoire très éclairé situé à Winston-Salem, en Caroline du Nord, se trouve une machine qui ressemble, à bien des égards, à une imprimante de bureau standard. Il comporte des réservoirs d'encre et des buses, un ventilateur interne pour le maintenir au frais et un ensemble de prises d'entrée pouvant être utilisées pour le connecter à un ordinateur à proximité. Il est sujet à la confiture occasionnelle. Et pourtant, le dispositif en acier et en plastique de 800 livres ne ressemble à rien de ce que vous avez jamais vu, car ce qu’il imprime est vivant: des millions et des millions de cellules humaines vivantes, contenues dans un gel visqueux et tissées dans de délicats supports biodégradables dans un simulacre frémissant de tissu humain.
De cette histoire
Régénération tissulaire in situ: recrutement de cellules hôtes et conception de biomatériaux
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De nombreux scientifiques et ingénieurs ont mis une décennie à construire et à perfectionner le système intégré d’impression des tissus et des organes, ou ITOP. En fin de compte, c’est l’idée d’un homme célibataire: un médecin de 59 ans aux cheveux ébouriffés, nommé Anthony Atala. Né au Pérou et ayant grandi à l'extérieur de Miami, Atala, aujourd'hui directeur de l'Institut de médecine régénératrice de la forêt de Wake, tente depuis une dizaine d'années d'imprimer des organes vivants.
«Pour moi, tout a commencé à Boston, au début des années 90», se souvient le chirurgien urologue et biotechnologiste. «Parce que c’est à ce moment-là que j’ai vraiment été confronté à la pénurie d’organes de transplantation.» À l’époque, Atala travaillait pour la première fois après sa formation en tant que chercheur à la Harvard Medical School. Chaque semaine, lors de ses visites à l'hôpital pour enfants de Boston, il rencontrait un autre jeune patient qui attendait depuis des mois, voire des années, le remplacement d'un organe. Certains sont morts avant qu'un rein ou un foie de remplacement puisse être trouvé. D'autres ont eu des réactions immunologiques sévères aux organes greffés. Atala pensait que la solution était claire, bien que recherchée: des organes cultivés en laboratoire, cultivés à partir des cellules du patient et implantés chirurgicalement dans le corps.
«Cela ressemblait beaucoup à de la science-fiction à l'époque», a rappelé Atala, «mais j'étais certain que c'était l'avenir.» En 1999, lors d'une expérience marquante, Atala et une équipe de chercheurs du Laboratoire de génie tissulaire et de thérapeutique cellulaire. à l'hôpital des enfants a fabriqué des vessies de remplacement pour sept enfants atteints d'une forme sévère de spina bifida, une maladie débilitante pouvant affecter les voies urinaires et les intestins. Pour construire les organes, les chercheurs ont d’abord construit à la main des échafaudages, ou fondations, en collagène et en polymère synthétique. Ils ont prélevé des échantillons de tissu sur les patients et ont cultivé les cellules de ce tissu dans un liquide. Ensuite, ils ont recouvert les fondations avec les cellules du patient concerné - les cellules musculaires à l'extérieur et les cellules de la vessie à l'intérieur - et ont permis aux cellules de «cuire» ou de se développer sur l'échafaudage.
Sept ans après l'implantation des premières vessies sur mesure, Atala et Alan Retik, urologue à l'hôpital pour enfants, ont annoncé que les sept patients étaient en bonne santé. C'était la première fois que des organes cultivés en laboratoire étaient utilisés avec succès pour remplacer leurs homologues biologiques en difficulté. Un journal a qualifié les résultats de «Saint Graal de la médecine».
Atala était contente. Mais il savait que la construction d’organes à la main demandait trop de temps et d’efforts pour répondre à la demande. Ce qui était vraiment nécessaire, c’était un peu d’automatisation à la Henry Ford. En 2004, Atala a accepté de mener une telle initiative à Wake Forest, qui se trouve non loin de Research Triangle, en Caroline du Nord, une plaque tournante de la biotechnologie et une base de départ pour une poignée d'imprimantes 3D.
Lorsque vous pourrez commander une nouvelle partie du corps en ligne, vous devrez remercier ce médecin.Conçues à l’origine pour la fabrication, les imprimantes 3D avaient, au milieu des années 2000, dépassé largement le domaine des plastiques. Pensez à un matériau, et il y a des chances que quelqu'un l'imprimait: nylon, acier inoxydable, chocolat. «J'ai vu un rapprochement entre l'institution et l'État pour se concentrer vraiment sur la biotechnologie», déclare Atala. «Je savais que si nous voulions transmettre ces technologies aux patients, nous avions besoin de cette infrastructure et de ce soutien.»
Au fil des ans, Atala et son personnel ont été en mesure de développer des imprimantes capables d’imprimer des échafaudages personnalisés d’organes humains pouvant être manuellement revêtus de cellules humaines ou animales. Ensuite, ils ont construit une imprimante capable d’imprimer les cellules de la peau directement sur le patient, mais en très petite quantité. Cependant, l’impression de tissus s’est avérée être un défi de taille, en partie parce que le tissu en expansion nécessite également un flux constant de sang et de nutriments. Ils pouvaient imprimer les cellules pour un organe, ou les vaisseaux sanguins et autres tissus de soutien, mais ils ne parvenaient pas à imprimer les deux en même temps de manière à ce que l'organe puisse survivre.
Puis vint l’ITOP, avec ses technologies révolutionnaires essentielles. Des réservoirs uniques maintiennent les cellules humaines et animales en vie plus longtemps que les modèles d’imprimante précédents; et des aiguilles ou des jets extrêmement précis impriment un réseau de «microcanaux» de 200 microns chacun dans le biomatériau. Ces vaisseaux permettent aux nutriments de circuler à travers les tissus. Dans un article publié plus tôt cette année dans Nature Biotechnology, Atala et cinq chercheurs de Wake Forest ont révélé que des tissus cartilagineux, osseux et musculaires imprimés sur l'ITOP avaient été implantés avec succès chez des rongeurs et que, deux mois plus tard, les tissus avaient développé un système de vaisseaux et nerfs. Des tests sur des patients humains suivront probablement au cours de la prochaine année environ, dans l'attente de l'approbation du gouvernement.
Il ne faut pas un futuriste convaincu pour en comprendre les implications. Si et quand une machine telle que la ITOP passe en production commerciale, il sera peut-être un jour possible de «commander» un morceau de peau de remplacement. À mesure que les machines s’améliorent, elles peuvent évoluer d’une peau imprimée à une impression d’organes extrêmement complexes tels que les reins. Les hôpitaux du monde entier seraient équipés des descendants de l'ITOP. Les pénuries d'organes seraient une chose du passé.
C'est le rêve qui a amené Atala à la biotechnologie et qui continue de le faire avancer. Mais Atala conseille de la patience: les essais de matériel bioprinté sur des humains pourraient prendre des années. Entre-temps, il a maintenu sa pratique en urologie et continue de recevoir de nombreux patients par semaine, en plus de ses interventions au bloc opératoire. «C'est important pour moi, dit-il, car c'est un rappel de qui vous servez, pour qui vous faites cela. L'objectif de cette technologie est d'améliorer la vie des patients. Arrêt complet."
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Cet article est une sélection du numéro de décembre du magazine Smithsonian.
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