Les matériaux sont produits à l’aide de techniques d’impression 3D qui progressent dans le pays
Vu de dessus, l’appareil ressemble à une cassette utilisée dans les anciens enregistreurs. La différence est qu’au lieu de deux trous, il peut y en avoir trois ou quatre. Chacun d’eux contient des tissus humains reconstruits – peau, intestin et foie. Un liquide contenant des nutriments et de l’oxygène qui circule entre les orifices simule la circulation sanguine et fait fonctionner chaque tissu comme des mini-organes reliés entre eux.
Testé dans d’autres pays par des sociétés cosmétiques et pharmaceutiques pour évaluer la toxicité de leurs produits en cours de développement, le dispositif appelé human-on-a-chip ou body-on-a-chip (BoC) gagne également du terrain au Brésil. La technique d’impression 3D, utilisée pour préparer les tissus cutanés et intestinaux (les tissus hépatiques sont encore produits manuellement), a également été utilisée expérimentalement à d’autres fins.
« Nous appliquons l’ingrédient que nous voulons tester sur la peau reconstituée et évaluons sa toxicité, en simulant le fonctionnement du corps humain », explique la biologiste Juliana Lago, chercheuse dans le domaine de l’évaluation préclinique chez Natura, un fabricant de cosmétiques qui a adopté cette technologie. au premier semestre 2023.
Importé d’une entreprise allemande, BoC s’ajoute à d’autres techniques utilisées depuis 2006 pour remplacer les tests de sécurité et d’efficacité des produits de beauté, d’hygiène personnelle et de parfumerie sur des animaux cobayes, interdits en mars 2023 par le Conseil national de contrôle de l’expérimentation animale (Concea). , du ministère de la Science, de la Technologie et de l’Innovation (MCTI).
En plus d’indiquer d’éventuels dommages causés par des agents externes, les tissus qui remplissent les cavités de la puce reproduisent eux-mêmes certaines fonctions des organes.
« Le mini-foie produit de la bile (un liquide jaune verdâtre qui facilite l’absorption des graisses et des vitamines) et réalise tous les processus de détoxification, tandis que les deux types de cellules de l’intestin forment une barrière avec l’épithélium (couche externe) et libèrent du mucus. (substance gélatineuse liquide blanche ou jaunâtre qui facilite l’élimination des matières fécales)», décrit la biologiste Ana Carolina Figueira, du Laboratoire national de biosciences (LNBio) du Centre national de recherche en énergie et matériaux (CNPEM), à Campinas. Elle a coordonné le projet d’utilisation intégrée de la puce avec d’autres tissus, en collaboration avec Natura.
En 2023, le CNPEM a concédé sous licence la technologie de production et les droits de commercialisation des tissus hépatiques et intestinaux à la startup 3D Biotechnology Solutions (3DBS), également de Campinas. En échange, en plus de payer des redevances, l’entreprise a contribué à améliorer le processus de production de tissus intestinaux grâce à la bio-impression 3D et a revu la manière dont la peau humaine est produite.
LA PRODUCTION DE TISSUS ARTIFICIELS
Dans 3DBS, le tissu intestinal est fabriqué à partir de cellules achetées à la banque de cellules de Rio de Janeiro (BCRJ) et la peau est produite à partir de cellules humaines isolées de tissus résultant d’opérations chirurgicales de phimosis (ablation de l’excès de peau sur le pénis) chez des enfants traités à un hôpital de Santa Bárbara D’Oeste, à l’intérieur de São Paulo.
«Les cellules rejetées par la chirurgie chez les enfants produisent rapidement du collagène de type I, une protéine dont nous avons besoin car elle confère résistance et élasticité à la peau», explique la biologiste Ana Luiza Millás, directrice de recherche de l’entreprise.
Une solution avec différents types de cellules est la matière première utilisée dans les bio-imprimantes, qui créent des structures tridimensionnelles avec des cellules vivantes, des molécules et des matériaux biocompatibles. Dans ce cas, au lieu de la matière plastique injectée par une imprimante 3D classique pour créer un objet, une seringue dépose un mélange de cellules avec une solution de collagène, par exemple, sur une plaque transparente comportant des divisions internes, comme celles utilisées pour former de la glace dans le congélateur. Un ordinateur envoie à la machine des informations sur les dimensions et la forme du tissu à construire couche par couche.
Le tissu intestinal reconstruit forme une couche circulaire de 12 millimètres (mm) de diamètre dans les compartiments des plaques, puis conservé dans un incubateur à 37 degrés Celsius (ºC) pendant 21 jours. Pendant ce temps, les cellules se différencient pour former la barrière intestinale, responsable de l’absorption des nutriments et de la production de mucus. Une fois prêts, les tissus peuvent être utilisés dans un délai d’une semaine.
Quant à la solution aux cellules cutanées, une fois sortie de la bio-imprimante, elle a besoin de 10 jours en incubateur pour acquérir sa forme définitive de disques gélatineux roses mesurant environ 6 mm de diamètre. « Pendant ce temps, les cellules forment cinq couches, dans le modèle dermo-épidermique expérimental, appelé peau humaine complète. Un autre modèle, plus simple, appelé épiderme humain reconstruit (RHE), ne comporte que la couche épidermique et est utilisé pour tester la sécurité et l’efficacité des cosmétiques », explique Millás.
Elle mène des recherches sur la reconstruction des tissus humains depuis 2010, initialement dans le but de créer de la peau pour la médecine régénérative. Dans son doctorat à l’Université d’État de Campinas (Unicamp), avec le soutien de la Fapesp, elle a travaillé avec une substance extraite du copaíba (Copaifera langsdorffii), un arbre originaire du pays, qui, lorsqu’elle est incorporée dans des fibres ultrafines, peut servir de substitut de peau tridimensionnel.
Les nouvelles orientations de recherche ont conduit à des méthodes de production de peau utilisant la bio-impression, développées avec des experts de l’Université de São Paulo (USP) et Natura et décrites dans un article publié en mars 2019 dans la revue scientifique International Journal of Advances in Medical Biotechnology.
«Au départ, nous produisions des peaux plus grandes, deux fois de diamètre, mais les entreprises et les centres de recherche préfèrent des tissus plus petits, en plus grande quantité et à moindre coût pour les tests toxicologiques», explique la biologiste Gabriela Gastaldi, chercheuse au 3DBS.
Les tissus hépatiques sont toujours produits manuellement avec des cellules importées de la banque RJ, trempées dans une solution d’agarose et placées dans des moules à 81 trous. Après cinq jours dans l’incubateur, les cellules s’agglutinent pour former des amas circulaires de cellules, appelés sphéroïdes, d’environ 300 micromètres (µm) de diamètre, visibles à l’œil nu.
La vente de ces tissus par l’entreprise ayant débuté en 2022, 80 % des revenus proviennent des bio-imprimantes et des équipements d’électrofilage, produits depuis 2018 dans l’atelier 3DBS de São Paulo.
3DBS distribue également au Brésil les puces et pompes qui font circuler les nutriments, fabriquées depuis 2019 par la société allemande Tissue-Use, dont elle est représentante au Brésil.
« Nous parions sur la croissance de l’utilisation de mouchoirs et de puces compte tenu de la nécessité de standardiser les tests de toxicité et d’autres applications possibles, qui commencent à être découvertes », observe l’administrateur de l’entreprise Pedro Massaguer, directeur de la stratégie et de l’innovation.
AUTRES APPLICATIONS
Au Senai Cimatec, à Salvador, Bahia, l’ingénieur matériaux Josiane Barbosa utilise une bio-imprimante 3DBS pour tester différentes formulations de viande produite à partir de cellules bovines ou de protéines végétales. « La bio-impression facilite le processus de reproduction de produits avec les dimensions et la géométrie nécessaires. Cela contribue également à l’adhésion cellulaire, grâce au dépôt en couches, ce qui est plus difficile à réaliser avec les techniques manuelles », observe-t-il.
Début octobre, l’Embrapa Genetic Resources and Biotechnology, de Brasilia, a transformé des ingrédients végétaux, tels que la farine de soja, les fèves et les pois chiches, en analogues de filets de poisson. En cas de succès, cette recherche pourrait déboucher sur de nouveaux aliments, destinés principalement aux marchés végétariens et végétaliens.
Il existe d’autres avancées dans ce domaine. Dans une étude publiée en octobre dans Science Advances, des chercheurs brésiliens et nord-américains ont rapporté le développement de tissus cutanés dotés de structures similaires aux follicules pileux grâce à la bio-impression. Si elle est avancée, cette technique pourrait fournir des cellules capables d’aider à traiter les plaies ou les greffes, car ce sont les cellules situées à la base des follicules qui déclenchent la cicatrisation.
Source : Folha de São Paulo 02/01/2024
