Une pompe cardiaque fonctionnelle, imprimée en 3D, devrait bonifier la recherche
Une équipe de l'Université du Minnesota a réussi à imprimer en 3D une pompe cardiaque humaine fonctionnelle à l'échelle centimétrique. Cette découverte pourrait avoir des implications majeures pour l'étude des maladies cardiaques.
Par le passé, les scientifiques ont essayé d'imprimer en 3D des cardiomyocytes dérivées de cellules souches humaines pluripotentes, c'est-à-dire des cellules ayant le potentiel de se développer en n'importe quel type de cellule du corps. L'idée était de reprogrammer ces cellules souches en cellules de muscle cardiaque avant de les imprimer en 3D pour obtenir une structure tridimensionnelle, appelée matrice extracellulaire.
Le problème avec cette méthode était qu'il n'était pas possible d'atteindre une densité cellulaire critique pour que les cellules du muscle cardiaque puissent réellement fonctionner.
"Nous avons aussi essayé l'impression 3D des cardiomyocytes, mais ce fut en vain", explique Brenda Ogle, directrice du département d'ingénierie biomédicale de l'Université du Minnesota et chercheuse principale d'une étude qui offre des résultats révolutionnaires.
Processus inversé
Brenda Ogle et ses collègues ont été bien inspirés d'essayer une nouvelle approche en s'appuyant sur l'expertise de leur équipe dans la recherche sur les cellules souches et l'impression 3D. Cela a fonctionné.
"Nous avons décidé d'inverser le processus", relate Brenda Ogle. "Nous avons optimisé l'encre spécialisée fabriquée à partir de protéines de la matrice extracellulaire, puis combiné cette encre avec des cellules souches humaines et l'avons utilisée avec les cellules pour imprimer en 3D la structure ventriculaire. Les cellules souches ont d'abord été développées à des densités cellulaires élevées dans la structure, puis nous les avons différenciées en cellules du muscle cardiaque. La structure obtenue ressemble à une sorte de sac fermé avec une entrée et une sortie pour le fluide."
Pour la toute première fois, une équipe a pu atteindre l'objectif d'une densité cellulaire élevée en moins d'un mois pour permettre aux cellules de battre ensemble, comme un coeur humain.
"Je n'arrivais pas à y croire quand nous avons regardé la boîte dans le laboratoire et que nous avons vu le tout se contracter spontanément, de manière synchrone et capable de déplacer le fluide."
Un outil inestimable
Le nouveau modèle de pompe cardiaque mesure environ 1,5 centimètre et il doit encore être soumis à de multiples tests. Il a été spécialement conçu pour s'adapter à la cavité abdominale d'une souris, ce qui en fait un outil inestimable pour la recherche sur le coeur.
"Nous avons maintenant un modèle pour suivre et tracer ce qui se passe au niveau des cellules et des molécules dans la structure de cette pompe qui commence à se rapprocher du coeur humain", dit encore Brenda Ogle. "Nous pouvons introduire des maladies et des dommages dans ce modèle et ensuite examiner les effets des médicaments ou autres thérapies."
Circulation Research, 3 juillet 2020, doi: 10.1161/CIRCRESAHA. 119.316155