Des milliers de personnes meurent chaque année en attendant une greffe d’organe et bien plus encore sont affligées par des organes malades. Les personnes atteintes de lésions de la moelle épinière souffrent de nombreux autres problèmes de santé en raison de leur incapacité à bouger et à marcher. Et si nous nous émerveillons devant les prouesses des chirurgiens capables de transplanter un visage ou une main, les résultats sont loin d’être parfaits.
L’ingénierie tissulaire réunit plusieurs disciplines pour créer des tissus vivants afin de remplacer ou de réparer la peau, un organe défaillant ou une partie du corps endommagée ou manquante.
Jay Vacanti et Robert Langer sont largement reconnus comme les pionniers de l’ingénierie tissulaire. Le Dr Vacanti, directeur du Centre de médecine régénérative du Massachusetts General Hospital, est également directeur de la transplantation pédiatrique au MGH. Après avoir vu un trop grand nombre d’enfants mourir en attendant une greffe de foie, il a cherché un moyen de cultiver du tissu hépatique. Il s’est donc associé au laboratoire Langer du MIT. En implantant un échafaudage en polymère ensemencé de cellules hépatiques chez des rats malades, ils peuvent désormais obtenir un nouveau tissu hépatique qui se développe et fonctionne en quelques semaines.
Jusqu’à récemment, il semblait impossible d’imaginer que les personnes dont la colonne vertébrale ou les cordes vocales étaient endommagées puissent un jour marcher ou chanter à nouveau. Cependant, les ingénieurs biomédicaux considèrent simplement qu’il s’agit de défis à relever.
En collaboration avec le Dr Vacanti, des scientifiques du laboratoire Langer ont sectionné la colonne vertébrale de rats, les rendant ainsi paraplégiques. Ils ont ensuite utilisé des cellules souches provenant d’autres rats pour faire pousser le morceau de moelle épinière manquant sur des échafaudages en polymère. Après avoir reçu les moelles épinières modifiées, les rats paralysés ont retrouvé la capacité de marcher, bien qu’avec un léger boitement.
Les échafaudages
Les cultures de cellules ont longtemps été cultivées dans des boîtes de Pétri, mais ces méthodes génèrent des grumeaux de cellules qui ne peuvent pas servir un objectif fonctionnel dans le corps humain. Les échafaudages fournissent à la fois la forme et le support pour la croissance des tissus. Ces échafaudages, fabriqués à partir de polymères biocompatibles et biodégradables, doivent accueillir et diriger l’orientation spatiale de types de cellules particuliers.
Cette méthode est relativement facile si nous voulons simplement générer du cartilage, qui ne nécessite pas de vascularisation. Mais si nous espérons un jour générer des « pièces de rechange », nous devons être en mesure de créer des structures complexes, naturelles, possédant plusieurs types de cellules et capables de s’approvisionner en nutriments.
Pour construire un échafaudage capable de supporter une matrice cellulaire 3D entièrement fonctionnelle, on a recours aux bionanotechnologies. Des feuilles individuelles en 2D sont construites et superposées pour imiter l’interaction d’un organe et
de son système vasculaire.
Ensemencement
Les échafaudages sont ensuite ensemencés avec des cellules qui ont poussé dans des boîtes de Pétri. Ces cellules peuvent être récoltées soit à partir d’une lignée de cellules souches, soit à partir d’un donneur – idéalement le receveur de la greffe. La structure cellule-échafaudage est ensuite baignée dans un milieu qui encourage les cellules à se développer et à se multiplier. Au fur et à mesure que les cellules se multiplient, elles commencent à acquérir la forme de l’échafaudage, qui finit par se décomposer et est absorbé par le tissu.
Cellules souches
Les cellules souches adultes peuvent être dérivées de plusieurs types de cellules, notamment les cellules sanguines, osseuses, musculaires, cutanées, cérébrales et hépatiques, ainsi que les follicules pileux. Mais il est difficile de les isoler et de les cultiver. Et il n’est pas certain que les cellules souches adultes puissent réellement se différencier. Les cellules souches embryonnaires, en revanche, peuvent se différencier même lorsqu’elles sont sur les échafaudages. Mais toutes les cellules qui ne se sont pas encore différenciées au moment de la transplantation pourraient continuer à former des tumeurs.
Rejet
Certains types de tissus sont cultivés en laboratoire avant d’être implantés, tandis que d’autres ont besoin de l’aide du corps pour se développer. Et une fois que le tissu a été implanté, il y a toujours le souci du rejet. Le laboratoire Langer travaille également à fournir un moyen d’administrer des immunosuppresseurs de manière temporisée, ciblant uniquement le site de la transplantation afin d’éviter d’immunodéficier un patient.
Défis
En plus de fournir un approvisionnement en sang, d’obtenir que les cellules souches se différencient correctement et d’éviter le rejet, il y a plusieurs autres défis à relever. Fournir un approvisionnement en sang signifie ensemencer l’échafaudage avec de multiples types de cellules – et tous ces types de cellules ne se développent pas au même rythme. Les tissus vasculaires ont tendance à se développer plus lentement et doivent donc être préfabriqués dans l’échafaudage global. Et le produit final doit avoir l’apparence et le fonctionnement prévus par la nature. Il y a aussi la question de l’obtention des autorisations pour une utilisation chez l’homme.
Applications dans le monde réel
En plus de remplacer des organes et des tissus manquants ou endommagés, les tissus d’ingénierie pourraient également être utilisés pour aider à tester les effets des médicaments. Et certains chirurgiens esthétiques observent les développements de l’ingénierie tissulaire dans l’optique de faire progresser le potentiel de la chirurgie reconstructive.
Les chercheurs ont déjà créé des tissus à partir de toutes sortes d’organes. En utilisant des principes d’ingénierie, nous pourrions bientôt voir de la chair vivante qui ressemble à la vraie chose – parce que c’est la vraie chose.
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