Des chercheurs impriment en 3D un tissu de collagène orienté dans plusieurs directions
L’Université nationale de Yokohama met en lumière les aspects méconnus de cette protéine et ses applications potentielles
Le collagène contribue à donner structure, stabilité et résistance mécanique à nos tissus, ce qui en fait un matériau précieux à modéliser et à visualiser. Bien que certaines méthodes permettent déjà de le faire, aucune ne se révèle suffisamment précise ni réellement économique ou sécuritaire. En étudiant l’orientation des fibres de collagène – et en mettant en lumière des aspects méconnus de cette protéine ainsi que ses applications potentielles — des chercheurs de l’Université nationale de Yokohama ont mis au point une méthode permettant de fabriquer des tissus complexes orientés dans plusieurs directions à l’aide de dispositifs fluidiques et de l’impression 3D.
Les résultats de l’étude ont été publiés dans ACS Biomaterials Science and Engineering..
« En utilisant une technique qui emploie l’écoulement pour orienter les fibres de collagène et les cellules, il est possible de fabriquer des tissus complexes orientés dans plusieurs directions, à l’intérieur de canaux de circulation conçus par impression 3D », explique Kazutoshi Iijima, professeur agrégé à l’Université nationale de Yokohama et auteur de l’étude.
Parmi les méthodes existantes, l’alignement magnétique et l’électrofilage présentent toutes deux des contraintes : dans le premier cas, des billes magnétiques restent dans le modèle, tandis que dans le second, un solvant organique volatil est nécessaire. Le modèle proposé ici n’utilise ni billes magnétiques ni substances volatiles — seulement du collagène. Il restait toutefois un défi de taille : reproduire des structures orientées complexes, comme celles que l’on retrouve dans le derme cutané ou l’os du crâne.
Les chercheurs ont découvert qu’en utilisant une technique fondée sur l’écoulement pour orienter les fibres de collagène et les cellules, il est possible de créer des tissus complexes orientés, semblables à ceux du derme ou des os du crâne, par impression 3D. L’orientation du collagène est cruciale, car elle influence le comportement et la fonction des cellules — une orientation correcte est donc essentielle au bon fonctionnement du tissu.
Pour y parvenir, les chercheurs ont utilisé une solution de collagène de type 1, mélangée à des cellules dans un canal fluidique (un passage conçu pour diriger l’écoulement des fluides à micro-échelle), à l’aide d’un moule principal imprimé en 3D. Dans ces conditions, ils ont pu élaborer un modèle capable de générer une structure micro-orientée fine, à la fois à l’horizontale et à la verticale, pour des tissus orientés dans plusieurs directions. L’écoulement a été délibérément dirigé le long des structures de collagène afin d’orienter les fibres, les fibrilles et les fibroblastes comme souhaité. La maîtrise de la taille et de la direction des hydrogels de collagène orientés ouvre la voie à une fabrication tissulaire précise — un aspect jusqu’ici peu abouti dans ce type de technologie.
« Ce système permettra la personnalisation de modèles tissulaires spécifiques, à l’aide de biomatériaux orientés finement dans plusieurs directions, en vue de la préparation de divers tissus biologiques orientés », souligne Shoji Maruo, professeur à l’Université nationale de Yokohama et co-auteur de l’étude.
Les prochaines étapes de cette technologie consisteront à développer davantage les modèles tissulaires afin de mieux comprendre l’importance de l’orientation dans la fonctionnalité des tissus. Les chercheurs espèrent pouvoir un jour appliquer cette méthode à des transplantations ou à des modèles tissulaires in vitro.
