Une nouvelle méthode non destructive pour évaluer les tissus artificiels issus de la bio-ingénierie

Concevoir des organes pour remplacer des cœurs ou des reins endommagés dans le corps humain peut sembler sortir d’un film de science-fiction, mais les éléments de base de cette technologie sont déjà en place. Dans le domaine en plein essor de l’ingénierie tissulaire, des cellules vivantes se développent dans des échafaudages artificiels pour former des tissus biologiques. Mais pour évaluer le succès avec lequel les cellules se développent en tissu, les chercheurs ont besoin d’une méthode fiable pour surveiller les cellules à mesure qu’elles se déplacent et se multiplient.

Aujourd’hui, des scientifiques du National Institute of Standards and Technology (NIST), de la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis et des National Institutes of Health (NIH) ont mis au point une méthode non invasive pour compter les cellules vivantes en trois dimensions (3D ) échafaudage. La technique en temps réel image des régions à l’échelle millimétrique pour évaluer la viabilité des cellules et la façon dont les cellules sont réparties dans l’échafaudage, une capacité importante pour les chercheurs qui fabriquent des tissus biologiques complexes à partir de matériaux simples tels que des cellules vivantes.

Leurs conclusions ont été publiées dans le Journal de recherche sur les matériaux biomédicaux Partie A.

Tout d’abord, les chercheurs ont créé un système d’échafaudage 3D composé d’un réseau de molécules de polymère pouvant contenir de grandes quantités d’eau, formant un type de matériau appelé hydrogel. L’hydrogel 3D a ensuite été intégré à un type de globule blanc humain qui peut se reproduire à l’infini.

Les cellules peuvent être très sensibles à l’environnement dans lequel elles poussent : si un chercheur veut étudier la croissance des cellules osseuses au lieu du tissu mammaire, elles doivent être cultivées dans des conditions différentes. De plus, les échafaudages qui abritent les cellules sont également fabriqués à partir de différents matériaux et peuvent servir à diverses fins.

« L’échafaudage maintient les choses en place et fournit un micro-environnement pour tout ce que vous voulez des cellules. Vous pouvez régler l’échafaudage pour que les cellules se comportent d’une certaine manière », a déclaré le biologiste du NIST, Carl Simon.

L’équipe a ensuite utilisé une technique d’imagerie non invasive appelée tomographie par cohérence optique (OCT), qui ressemble à un test par ultrasons, sauf qu’au lieu d’ondes sonores, elle utilise des ondes lumineuses.

« Pour déterminer si une cellule est vivante, nous avons analysé le signal optique créé en raison du mouvement des organites à l’intérieur des cellules », a déclaré la physicienne du NIST Greta Babakhanova, première auteure de l’article. Les chercheurs ont détecté le mouvement des organites en faisant briller la lumière à travers les cellules. Ils ont classé les cellules comme vivantes ou viables lorsque les organites se déplaçaient, indiqués par des changements dans la lumière transmise.

La méthode NIST est non invasive et il n’y a pas de coupe ou de coloration des échantillons. La méthode est également sans étiquette : les cellules n’ont pas besoin que des molécules fluorescentes appelées « étiquettes » leur soient attachées pour être vues. Les méthodes antérieures nécessitaient un contact constant avec les échantillons, ce qui peut être destructeur et coûteux et affecter les résultats. La nouvelle technique réduit également le temps que les chercheurs consacrent à leurs mesures d’heures en minutes.

La méthode diffère également des méthodes antérieures qui reposent sur des échantillons plats et bidimensionnels. « L’inconvénient des techniques existantes est que vous pouvez mesurer un certain nombre de cellules, mais vous ne savez pas où elles se trouvent. Avec cette méthode, nous pouvons imager un cube d’hydrogel d’un millimètre et voir où se trouvent les cellules. dans le gel », a déclaré Babakhanova.

Les approches 2D ne fonctionnent pas non plus aussi bien car elles n’imitent pas étroitement le microenvironnement 3D que les cellules vivent dans le corps, a déclaré Babakhanova.

Dans une prochaine étape, les chercheurs envisagent d’appliquer la technique pour étudier d’autres propriétés, telles que la structure des tissus biofabriqués. « Les méthodes OCT peuvent être en mesure de mesurer de manière non destructive des structures spécifiques qui évoluent à mesure que les tissus mûrissent en temps réel en tant que mesure de leur état de préparation à l’implantation », a déclaré Simon.

En attendant, la méthode répond déjà à un besoin non satisfait en ingénierie tissulaire, avec sa capacité à surveiller le nombre et la disposition des cellules dans un échafaudage artificiel sans avoir à le démonter et à le détruire.