C’est en 1988 que Yuan-Cheng Bert Fung, un chercheur en biomécanique, a introduit le concept d’ingénierie tissulaire. L’ingénierie tissulaire est une branche de la bio-ingénierie qui vise à développer des méthodes pour créer des tissus biologiques fonctionnels en laboratoire. Cette discipline combine les principes de la biologie cellulaire et moléculaire, de la physique des matériaux, de la conception de dispositifs médicaux et de la culture cellulaire pour construire des tissus biologiques artificiels en utilisant des cellules et des matériaux biomimétiques. Dans cet article, Alcimed revient sur les différentes utilisations de l’ingénierie tissulaire et l’évolution de cette discipline au gré des progrès techniques.
L’ingénierie tissulaire compose avec deux éléments : la matrice, structure sur laquelle l’architecture tissulaire doit s’organiser, et les cellules souches, qui peuvent être ajoutées au préalable in-vitro ou in-vivo après implantation de la matrice. Les progrès techniques dans ce domaine sont constants. Au niveau de la fabrication des matrices et des tissus, les progrès ont notamment été marqués par le développement de la bio-impression 3D et de la nanofabrication.
La bio-impression 3D permet de produire des structures tissulaires complexes avec une grande précision. Elle peut servir pour la production de matrices tridimensionnelles mais également de tissus, avec l’ajout de cellules souches. L’impression 3D permet de contrôler la forme, la taille et la porosité de la matrice, ainsi que la disposition des cellules. La nanofabrication est une méthode de fabrication à l’échelle nanométrique, qui permet de créer des matrices aux propriétés mécaniques spécifiques, notamment en termes de rigidité et de porosité. Les biomatériaux utilisés pour ces matrices peuvent être des polymères, des hydrogels et des matériaux composites.
Au niveau de la culture cellulaire, la mise en culture des cellules en 3D et l’utilisation de cellules souches sont deux techniques qui ont permis des progrès dans le domaine de l’ingénierie cellulaire et tissulaire. Au lieu de cultiver des cellules souches sur des surfaces planes, la culture en 3D permet aux cellules de se développer dans un environnement qui ressemble davantage à leur environnement naturel, ce qui peut fournir des résultats plus précis et des tissus plus fonctionnels. Les cellules souches sont des cellules qui ont la capacité de se différencier en différents types de cellules spécialisées, ce qui les rend très utiles pour l’ingénierie tissulaire. Elles permettent de créer des tissus artificiels complexes, tels que des os, des muscles, des vaisseaux sanguins et même d’envisager de fabriquer des organes tels que le cœur et les reins.
L’ingénierie tissulaire est une discipline très polyvalente qui a de nombreuses applications potentielles.
En cosmétique, et dans d’autres domaines comme la chimie, l’ingénierie tissulaire peut être utilisée pour fabriquer des tissus biologiques sur lesquels seront testés l’efficacité et la toxicité d’ingrédients en remplacement de l’utilisation d’animaux.
Cette technologie peut servir à la modélisation cellulaire de certaines maladies in vitro, comme les cancers, les maladies cardiaques et les maladies neurodégénératives. Par la suite, ces tissus biologiques servent de base à l’étude de l’évolution de ces maladies ou à l’évaluation de nouveaux traitements.
Enfin, l’ingénierie tissulaire est utilisée pour la réparation des tissus et des organes endommagés ou perdus en raison de maladies, de traumatismes et de vieillissement. Dans ce cas, on parle de médecine régénérative, qui utilise les techniques d’ingénierie tissulaire pour une application médicale.
En savoir plus sur les applications possibles de la médecine régénérative >
L’ingénierie cellulaire et tissulaire est une discipline très prometteuse qui a le potentiel de révolutionner la médecine en offrant des options de traitement plus efficaces et plus durables pour les patients souffrant de maladies chroniques ou de blessures graves. Plusieurs succès importants ont montré le potentiel de cette discipline pour améliorer la vie de ces patients.
Les peaux artificielles sont l’un des premiers exemples de réussite. Plusieurs solutions existent à ce jour, plus ou moins complexes et répondant à plus ou moins de fonctions de la peau. Les peaux artificielles ont vu le jour avec le développement des substituts acellulaires dermiques ou épidermiques puis se sont complexifiées avec l’ajout de cellules, souvent des cellules souches se différenciant en kératinocytes ou fibroblastes, ou des cellules directement prélevées sur le patient. A ce jour, de nouveaux substituts existent, plus complexes, notamment des substituts dermo-épidermiques. De plus, de nombreuses études sont en cours pour ajouter des éléments manquants à la structure ou à la composition de la peau in-vivo (nerfs, appendices cutanées, vascularisation, pigmentation…).
Un deuxième exemple est le développement des implants osseux grâce à l’ingénierie tissulaire. Dans ce cas, le challenge est de produire des supports de biomatériaux qui reproduisent la structure hautement poreuse de l’os spongieux, qui est essentielle pour la vascularisation et la croissance osseuse, tout en possédant une résistance mécanique élevée afin de fournir un soutien suffisant lorsqu’ils sont implantés. D’autres éléments peuvent être ajoutés à ces biomatériaux, notamment des cellules mais aussi des facteurs de croissance, des facteurs angiogéniques, des facteurs de différenciation ou des médicaments, pour accélérer et améliorer la réparation du tissu.
D’autres remplacements de tissus sont possibles grâce à l’ingénierie tissulaire et le challenge futur est le développement d’organes artificiels complexes à l’aide de l’ingénierie tissulaire. Cela a déjà été réalisé pour certaines maladies, notamment les maladies oculaires avec des implants rétiniens, certaines maladies cardiaques avec un cœur artificiel ou encore pour les patients laryngectomisés avec un larynx artificiel.
En somme, l’ingénierie tissulaire a déjà prouvé son efficacité dans de nombreuses applications, avec un développement particulier ces dernières années dans le domaine médical. Les progrès techniques de cette discipline ont permis une amélioration considérable au niveau de la complexité et de la composition des tissus artificiels. Vous êtes intéressés par ces techniques ou par les produits d’ingénierie tissulaire ? Alcimed peut vous aider à explorer ce marché en plein essor. N’hésitez pas à contacter notre équipe !
A propos des auteurs,
Marie-Zoé, Consultante au sein de l’équipe Sciences de la vie d’Alcimed en France
Xiaolin, Directrice de réalisation au sein de l’équipe Sciences de la vie d’Alcimed en France
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