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PROJET BIO 3DHE

Ce projet est porté par l’unité de thérapie cellulaire de l’hôpital Saint-Louis, l’AP-HP et la fondation AP-HP

CONTEXTE ET OBJECTIFS

Le projet 3DHE vise à acquérir et à développer des technologies d’impression 3D pour le domaine de l’ingénierie
tissulaire avec comme objectif de construire des tissus, des organoïdes et des organes à des fins de recherche et d’applications cliniques.

Le projet s’articule en particulier autour de deux applications cliniques qui sont étudiées depuis plus de dix ans dans l’Unité de Thérapie Cellulaire de l’hôpital St Louis : d’une part, la construction d’un substitut d’œsophage et, d’autre part, la construction d’un patch vascularisé qui permettrait d’augmenter la survie de tissus bioimprimés in vitro pendant leur maturation, puis in vivo après implantation.

RÉSULTATS ET PERSPECTIVES

Substitut de l’œsophage : 

Nous explorons la bioimpression par extrusion et la formulation de bioencres pour reproduire la morphologie et les fonctions des différentes couches de tissus qui composent l’œsophage, en s’appuyant sur l’expertise du laboratoire dans le développement d’un œsophage décellularisé actuellement évalué en clinique.

Une formulation complexe à base de poly-capro-lactone-co-glycolide, de polymères naturels, et d’agent moussant a été développée pour assurer les fonctions primordiales de soutien et de porosité du substitut œsophagien.

Il s’agit ainsi de tenir compte des exigences d’élasticité, d’innocuité, de biocompatibilité, de suturabilité et in fine de dégradabilité, pour que le substitut puisse être recolonisé par les cellules du patient et régénérer un œsophage fonctionnel.

Les substituts imprimés par bioimpression à extrusion de 3 cm de long et 2 cm de diamètre montrent une excellente tenue post-impression, une bonne cytocompatibilité sans générer de réponse immunogène in vitro, une recolonisation par des cellules in vitro avec la formation d’une couche de cellules épithéliales en surface, une migration de cellules endothéliales dans la matrice poreuse, une lente biodégradation dans un milieu mimant un environnement œsophagien, une excellente suturabilité à l’œsophage natif sans fuite même en appliquant une pression externe, et des propriétés mécaniques proches de l’organe natif. Ces développements ont donné lieu à un dépôt de brevet et une soumission de publication. Nous envisageons maintenant de passer à des expériences in vivo.

Patch vascularisé : 

Un verrou majeur dans le domaine de l’ingénierie tissulaire serait levé si les tissus nouvellement fabriqués in vitro intégraient un système de vaisseaux sanguins permettant d’assurer l’apport en oxygène et en nutriments des cellules constituant le tissu créé.

Notre approche vise à élaborer un feuillet contenant un réseau de micro-vaisseaux qui pourrait être intégré ensuite avec d’autres types cellulaires ou organoïdes pour en assurer la maturation in vitro et qui pourrait ensuite être anastomosé rapidement au système vasculaire du patient.

Nous avons développé une technique de stéréolithographie qui permet d’auto-organiser des cellules progénitrices endothéliales au sein d’un réseau vasculaire à géométrie contrôlée et à échelle de capillaires sanguins.

Nous poursuivons la caractérisation des réseaux vasculaires obtenus par stéréolithographie ainsi que leur évolution au cours du temps de culture.

De plus, différents hydrogels tels que l’alginate ou la fibrine sont en cours d’évaluation afin de recueillir le système vasculaire obtenu par stéréolithographie sous forme d’un feuillet manipulable.

Parallèlement, des essais de perfusion grâce à des micro-capillaires de verre sont également en cours afin d’assurer le maintien in vitro des réseaux endothéliaux ainsi formés.

PUBLICATIONS RÉCENTES

1. Trends in 3D bioprinting for esophageal tissue repair and reconstruction. Wissam Farhat, François Chatelain, Auriane Marret, Lionel Faivre, Lousineh Arakelian, Pierre Cattan, Alexandra Fuchs. Biomaterials 267 (2021) 120465.

2. Biofabrication of an esophageal tissue construct from a polymer blend using 3D extrusion-based bioprinting. Wissam Farhat, Dmitry Ayollo, Lousineh Arakelian, Briac Thierry, Elsa Mazari-Arrighi, Valentino Capito, Lionel Faivre, Pierre Cattan, Jerome Larghero, Francois Chatelain, Alexandra Fuchs (2021, soumis).