Les scientifiques de l'Oregon impriment en 3D leur chemin vers un avenir plus sain pour nous tous

Les cellules de Haylie Helms sont collées sur le côté d'une bouteille en plastique transparent comme des milliers de balanes invisibles.

"Si vous les mettez dans l'un de ces flacons et que vous leur donnez les bons [nutriments], les cellules continuent de se développer et elles vont s'étaler sur le plastique", explique-t-elle en commençant à tapoter la bouteille avec le côté de sa paume.

Le liquide rose peu profond dans la bouteille ondule sous l'impact. Au fur et à mesure que les cellules s'éloignent du côté, le liquide devient légèrement trouble. Helms transfère la solution dans un tube à essai et la centrifuge dans une centrifugeuse.

Le culot au fond de ce tube contient environ 1 million de cellules cancéreuses de la prostate.

Brandon Swanson/OPB

Quand il sort, le liquide est à nouveau clair et il y a une légère tache blanchâtre au fond du tube.

"Donc ce n'est pas le plus facile à voir, mais... il y a une petite touffe en bas", dit-elle. "Il y a environ un million de cellules dans cette petite pastille."

Les cellules sont les minuscules éléments constitutifs de la vie, et ces cellules sont la clé du travail de pointe du chercheur de l'Oregon Health and Science University dans un domaine des sciences médicales appelé biofabrication - essentiellement la construction avec la biologie. L'un des objectifs à long terme de la biofabrication est de créer des organes humains transplantables.

Au cours de plusieurs mois, Helms a développé un moyen d'imprimer en 3D des cellules individuelles. C'est une technique qui peut rapprocher le terrain de cet objectif.

La chercheuse de l'OHSU, Haylie Helms, prépare les cellules cancéreuses de la prostate pour l'impression.

Brandon Swanson/OPB

"Un peu comme le fonctionnement d'une imprimante à jet d'encre - vous avez toutes vos différentes couleurs. Je peux simplement mettre différents types de cellules dans chacun des canaux", dit-elle.

L'imprimante qu'elle utilise pour son travail est de fabrication commerciale, mais ce qu'elle en fait - imprimer une minuscule cellule à la fois pour comprendre comment elles interagissent les unes avec les autres - est très nouveau.

"J'imprime tous les types de cellules. Et le but est de prendre toutes les cellules qui composent un tissu et de les assembler selon le bon motif", dit-elle.

La technique est si nouvelle que lorsque des représentants de l'imprimerie ont visité le laboratoire de Portland où travaille Helms, ils ont été étonnés.

"Même quand j'ai dit à l'entreprise que c'était ce que je faisais, ils m'ont dit que ce n'était pas possible. Et j'ai dit:" Veuillez regarder "", a-t-elle déclaré.

Au lieu d'imprimer avec de l'encre, les scientifiques de l'OHSU ont découvert comment imprimer des cellules individuelles. Dans cette cartouche chargée dans l'imprimante se trouvent environ un million de cellules cancéreuses de la prostate.

Brandon Swanson/OPB

Chargées dans sa cartouche d'imprimante ce jour-là se trouvent des cellules cancéreuses de la prostate.

Helms attrape un contrôleur de jeu vidéo et l'utilise pour déplacer la tête d'impression.

"Déplacez-vous de haut en bas, de gauche à droite, puis dites aux cellules quand venir", dit-elle sans quitter des yeux un écran d'ordinateur qui affiche une image très agrandie de la surface d'impression. "Parce que lorsque ce que vous imprimez est comme une fraction de millimètre, il est difficile de le retrouver plus tard."

Elle appuie sur un bouton, et soudain un point blanc apparaît sur le fond gris de son écran.

Haylie Helms, chercheuse à l'Université de la santé et des sciences de l'Oregon, utilise un contrôleur de jeu vidéo pour diriger une tête d'imprimante 3D et imprimer avec précision des cellules individuelles dans cette image recueillie dans "All Science. No Fiction". séquences vidéo en octobre 2023.

Brandon Swanson/OPB

"Ce petit point est une cellule individuelle", dit-elle.

Elle se déplace de quelques microns vers la gauche et en dépose une autre - maintenant deux cellules cancéreuses de la prostate placées avec une précision incroyable.

"Tout le monde me taquine sur le fait que je ne travaille pas. Je reste assise ici et je joue à des jeux vidéo toute la journée", dit-elle.

Mais les enjeux ici sont beaucoup plus élevés que dans votre jeu vidéo moyen.

"Ce ne sont pas seulement les mutations génétiques du cancer qui l'ont causé [à se former]. C'est aussi la façon dont les cellules sont disposées. Si un type de cellule est à côté d'un autre type de cellule, cela peut en fait indiquer si vous allez avoir un pronostic meilleur ou pire », dit Helms.

Helms utilise sa technique d'impression pour comprendre comment se comportent différentes configurations de cellules.

"Je prendrai une cellule cancéreuse et je mettrai des cellules saines autour et je verrai : comment ces cellules communiquent-elles ?" elle explique. "Le cancer continue-t-il de se développer ? Les cellules saines agissent-elles de manière plus cancéreuse ? Et nous continuons à modifier les schémas et les types de cellules pour découvrir : comment ces cellules se parlent-elles ?"

Et en fin de compte, cela peut révéler ce qui rend le cancer d'une personne plus agressif que celui d'une autre - et cette information est très précieuse. Car une fois qu'ils ont compris les interactions entre les cellules, les chercheurs disposent des informations nécessaires pour développer de nouveaux traitements.

"Les médicaments [du cancer] ciblent les interactions spécifiques et les mécanismes de fonctionnement des cellules", explique Helms. "Si vous ne savez pas ce qu'est ce mécanisme, vous ne pouvez pas créer de médicament pour cela."

Les chercheurs de l'OHSU ont mis au point un moyen d'imprimer en 3D des cellules individuelles si petites qu'elles sont invisibles à l'œil nu.

Brandon Swanson/OPB

Alors que la recherche de Helms se concentre actuellement sur le cancer, le professeur agrégé de l'OHSU, Luiz Bertassoni, est enthousiasmé par ce qui pourrait bientôt être possible grâce au nouveau travail d'impression cellule par cellule.

"Vous savez, nous sommes vraiment focalisés sur la précision", dit-il.

Bertassoni dirige le laboratoire où travaille Helms.

"Chaque cellule de votre corps est là pour une raison - littéralement", dit-il. "Nous sommes particulièrement intéressés à reproduire ce niveau de précision que la nature nous apporte parce que nous pensons que c'est la clé pour recréer réellement la fonction du corps."

En clair, l'objectif de Bertassoni est de pouvoir imprimer en 3D des organes humains complexes qui fonctionnent chez les humains.

Selon la Health Resources and Services Administration, plus de 100 000 personnes aux États-Unis attendent des greffes d'organes. Dix-sept personnes en attente de greffe meurent chaque jour.

L'impression d'organes transplantables est un défi auquel de nombreux laboratoires du monde entier sont confrontés. Il y a eu d'énormes progrès dans la construction de tissus et de versions simplifiées d'organes, mais Bertassoni dit que personne ne les a fait fonctionner pleinement comme ceux des organismes vivants.

Il pense qu'être capable de reproduire avec précision un organe - cellule par cellule par cellule - est le moyen de surmonter cette difficulté.

La technique d'impression 3D de Helms peut fournir les moyens d'y parvenir.

"Avec les autres méthodes d'ingénierie tissulaire qui existent, nous pouvons créer les structures. Nous pouvons déposer les protéines et l'échafaudage qui donne la forme", dit-elle. "Mais maintenant, avec cela, nous pouvons également ajouter les cellules dans l'arrangement qu'elles doivent être."

Des chercheurs de l'OHSU pensent que la capacité de reproduire avec précision un organe - cellule par cellule par cellule - est la clé pour créer des organes transplantables qui fonctionnent réellement.

Brandon Swanson, Jes Burns / OPB

Mais il reste encore beaucoup à faire avant de pouvoir créer des organes transplantables cultivés/fabriqués en laboratoire.

"C'est une solution potentiellement prometteuse. … En principe, c'est possible", déclare Yong Lin Kong, ingénieur de l'Université de l'Utah, spécialisé dans l'impression 3D biomédicale, mais qui n'est pas lié aux travaux de l'OHSU. Il a suivi de près les développements dans le domaine.

"Bien sûr, il y aura aussi toujours… des défis imprévus", dit-il. "Parce que nous avons encore beaucoup à apprendre de la biologie sur la façon dont les cellules et les tissus se rejoignent. Et cette information manquante pourrait être le prochain obstacle une fois qu'ils auront construit ces systèmes."

Mais même avant cela, dit Bertassoni, les défis de construire quelque chose d'aussi gros qu'un organe humain sont considérables. Et obtenir la construction cellulaire de précision de niveau nécessaire à une échelle significative pour le corps humain est un défi important.

"Vous êtes capable de placer trois cellules les unes à côté des autres - ouais, c'est cool. C'est important. Mais pouvez-vous [placer] trois ou quatre cellules, quatre millions de fois ? C'est vraiment ce qu'il faudrait pour construire un foie entier, " il dit.

Et c'est dans cette direction que va le laboratoire OHSU.

"Ce n'est que le début. Nous affinons nos processus. Nous évoluons. Nous rendons cela plus rapide et reproductible", déclare Helms.

Bertassoni reconnaît qu'il y a un long chemin à parcourir pour la technologie d'impression de précision. Mais les implications de cette approche pour les soins de santé personnalisés sont tout simplement stupéfiantes.

"Si vous entrez dans un hôpital et dites:" J'ai une insuffisance hépatique, j'ai besoin d'un nouveau foie "", déclare Bertassoni, imaginant un scénario dans un avenir pas si lointain.

"[Et vous dites,] 'Attendez une minute, je vais vous imprimer un foie.' Et vous apportez un foie qui est spécifique à ce patient... Ensuite, vous changez de médicament pour toujours."

Cette histoire a été produite dans le cadre de la série scientifique d'OPB "All Science. No Fiction". qui se concentre sur la recherche axée sur les solutions qui se déroule dans le nord-ouest du Pacifique.

Vous souhaitez en savoir plus sur l'incroyable recherche sur la biofabrication qui se déroule à l'OSHU ? Profitez de votre science sous forme de vidéo ? Découvrez les derniers épisodes de "All Science. No Fiction".

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Mots clés:Science & Environnement, Toute la Science Pas de Fiction