Qu'est-il arrivé aux organes imprimés en 3D?

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Résumé

• Les progrès vers les organes imprimés en 3D ont été lents en raison de défis comme la vascularisation et la viabilité cellulaire.

• La bio-sur-biopritation a réussi à implanter des organes creux comme les trachènes et les vessies, mais les organes solides présentent des défis plus techniques.

• D'autres alternatives prometteuses à la bioprimination 3D comprennent les xénotransplants, les organes bioniques et les organes en croissance chez les bioréacteurs.

Il y a environ quatorze ans, je me suis assis et j'ai regardé un fascinant TED Talk 2011 du professeur Anthony Atala intitulé « Imprimer un rein humain », montrant leurs progrès vers la création d'organes avec une bioprinter 3D.

Cette vidéo m'a époustouflé, et il me semblait que nous étions juste au coin de la résolution de notre crise de transplantation d'organes, mais aujourd'hui, nous dépendons toujours des donateurs pour garder les gens sur les listes de destinataires en vie.

La promesse des organes imprimés était brûlé rouge

L'idée que quelqu'un pourrait créer un organe de remplacement en utilisant une machine, puis l'implantation sans risque de rejet ou médicaments dangereux est évidemment comme un rêve devenu réalité. Je me souviens que les démos montrées de ces prototypes de bioprinter avaient besoin de clause de non-responsabilité, de sorte que les gens désespérés sur les listes d'attente pour les reins et autres organes n'ont pas eu de faux espoir.

C'était excitant, ont-ils dit, mais il faudrait encore des années avant qu'un rein imprimé 3D entrent dans un patient. Ensuite, les choses se sont calmées dans les médias grand public. Dans les coulisses, les scientifiques et les ingénieurs travaillaient sans relâche, et il ne manque pas de financement dans le monde de la médecine régénérative, mais pour le monde extérieur, il était facile d'oublier le tout.

C'est plus difficile que ça ne semble

La chose au sujet du développement technologique est que vous pouvez avoir des moments où de grandes percées se produisent, mais elles sont entrecoupées d'années de résolution progressive de problèmes. L'impression ou la création autrement de quelque chose d'aussi complexe qu'un rein ou un foie a une liste de défis d'un mile de long. Vous ne pouvez pas simplement faire quelque chose qui est proche d'un rein, vous devez bien faire les choses.

Alors que les bioprinteurs «impriment» en utilisant des cellules vivantes, un foie n'est pas seulement un méli-mélo aléatoire des cellules hépatiques. Les différentes cellules et matériaux doivent être organisés exactement dans la bonne structure, afin que l'organe fasse son travail.

La vascularisation est un gros problème, car les organes solides ont une structure complexe de vaisseaux sanguins qui transportent l'oxygène et les nutriments à travers. L'impression des couches de cellules est assez facile, mais d'imprimer les vaisseaux dans ces cellules? Pas si simple.

Les cellules de l'imprimante doivent également être maintenues en vie tout au long du processus. Un organe imprimé n'est pas beaucoup d'utilisation des cellules meurent pendant le processus d'impression, donc les solutions pour garder les cellules en vie et en bonne santé jusqu'à ce que l'organe soit complet et prêt à se poursuivre en vie ou à être implanté est un autre obstacle majeur. Ce n'est pas du tout comme imprimer quelque chose dans du plastique ou du métal.

Ces organes imprimés doivent également avoir au moins la même intégrité structurelle que naturelle, et il y a des choses qui se passent au niveau microscopique qui pourraient ne pas être reproductibles avec les approches actuelles de la biopritation.

Ce ne sont que trois problèmes majeurs dont je suis au courant, mais je suis sûr qu'il y a une litanie de problèmes qui doivent être résolus avant de passer aux tests humains, et finalement l'adoption générale.

Nous sommes déjà des parties du corps imprimées en 3D et des organes creux

Vous avez peut-être remarqué que j'ai principalement parlé de l'impression d'organes solides comme le foie, les reins, le cœur, etc. En effet, en ce qui concerne les organes creux ou les structures relativement simples du corps, nous utilisons déjà des imprimantes 3D de qualité médicale pour fabriquer des pièces de remplacement pour les patients.

Le premier organe imprimé en 3D implanté dans un humain s'est produit en 1999! Cependant, les scientifiques de l'Université de Wake Forest (le même Anthony Atala) n'ont publié qu'à ce sujet avant 2006. La vessie imprimée a été couverte dans les propres cellules des patients, et pour autant que je sache, elle fait toujours son travail.

De petites victoires comme celles-ci continuent de s'accumuler. En 2023, les scientifiques coréens ont implanté la toute première trachée imprimée en 3D en utilisant des matériaux bioprinted et des cellules souches d'autres personnes. Bien que la trachée ne dure que cinq ans environ, l'espoir est que le corps du patient régénérera la trachée en utilisant cette partie bioprinte implantée comme échafaudage. Il semble que le corps du patient génère de nouvelles veines.

C'est un gros problème, surtout à la lumière de l'échec majeur des trachés synthétiques, ce qui a entraîné la mort de la plupart des bénéficiaires dans les années 2010. La technologie d'impression 3D révolutionne également le remplacement des os. Avec des imprimantes qui peuvent imprimer des os directement dans le corps, réparer les mâchoires et bien plus encore.

Ainsi, bien que vous n'ayez peut-être pas entendu de grandes nouvelles sur la façon dont nous pouvons imprimer des foies, des reins ou d'autres grands organes, ne vous y trompez pas sur l'impact que la biopriting 3D a déjà sur la vie des gens.

L'une des approches les plus prometteuses semble être l'idée d'imprimer des échafaudages d'organes en utilisant un matériau biocompatible, puis de perfuser cet échafaudage avec des cellules organiques cultivées fabriquées à partir de cellules souches d'un patient. Au fil du temps, l'échafaudage biodégradable est absorbé et disparaît, espérons que ce soit un organe fonctionnel.

Les alternatives concurrentes

La technologie d'impression 3D n'est de loin pas la seule approche potentielle pour fabriquer des organes qui peuvent être implantés ou transplantés en humains. Il existe d'autres approches concurrentes qui pourraient finir par être plus viables, bien qu'il soit plus probable que certaines de ces méthodes devront être combinées pour enfin résoudre le problème une fois pour toutes.

Une solution prometteuse à court terme à la pénurie d'organes donneurs consiste à augmenter le nombre d'organes viables. Par exemple, avec des poumons de perfusion pulmonaire ex vivo (EVLP) peuvent être maintenus en vie en dehors d'un corps humain, puis examinés pour la maladie ou les dommages. Dans de nombreux cas, les poumons peuvent être réhabilités au point où ils conviennent à la transplantation, où avant ils devraient être détruits. La même méthode est en cours d'évaluation pour les cœurs, bien que l'objectif ici soit de minimiser ou de prévenir les dommages des méthodes de préservation du stockage du froid existantes. Ce concept de perfusion ex vivo peut être appliqué à la plupart des organes comme les foies et les reins, mais avec différents niveaux d'utilité.

Une autre possibilité passionnante est celle des xénotransplants. En d'autres termes, la transplantation des organes des espèces non humaines à l'homme. Cela peut sembler une mauvaise idée, mais en modifiant génétiquement les porcs, leurs organes peuvent être faits adaptés à la transplantation. Au moins, c'est la théorie, et c'est évidemment des recherches en cours. David Bennit, la première personne à recevoir une transplantation cardiaque de porc modifiée, est décédée deux mois plus tard, mais les progrès se poursuivent. En 2024, une femme a reçu un rein de porc.

Elle n'est que la cinquième personne au monde à recevoir un organe de porc génétiquement modifié de cette manière, et tout le monde est évidemment désireux de voir comment cela se passe. Towana Looney, la femme en question, diffère des autres bénéficiaires en ce qu'elle est relativement en bonne santé, a gardé ainsi par dialyse. Tous les autres destinataires sont morts en quelques mois, mais jusqu'à présent, les choses vont bien.

Ensuite, il y a le potentiel de fabriquer des organes bioniques. Il y a déjà eu de nombreux cœurs artificiels au fil des ans, bien que la plupart d'entre eux n'aient pas maintenu leurs destinataires en vie depuis longtemps, l'idée étant que vous pouviez prolonger leur vie jusqu'à ce qu'un cœur donneur puisse être trouvé. Cependant, la pompe LVAD peut compléter un cœur défaillant, qui prolonge le temps jusqu'à ce qu'une greffe peut se produire, ou permet au cœur de se reposer et potentiellement de récupérer.

Bien sûr, transporter des batteries et être une recharge manquée loin des ennuis sérieux n'est pas idéal! Peut-être qu'un jour ces systèmes artificiels pourraient être alimentés par le corps lui-même.

La dernière alternative à la bioprimination 3D est la croissance des organes à l'extérieur du corps à l'aide de bioréacteurs. Fondamentalement, nous voudrions obtenir des cellules souches, puis les faire devenir des cellules organiques, qui doivent ensuite se multiplier et se développer en organe comme elles l'ont fait pour faire les organes naturels de notre corps. Cependant, il faut souligner que les organes commencent comme de minuscules organes pour bébés, puis atteigner la taille de l'adulte pendant de nombreuses années. Il y a donc un défi dans les organes en croissance qui peuvent être utilisés chez les adultes!

Combien de temps cela prendra-t-il?

Il peut sembler que quelque chose de grand a été « au coin de la rue » depuis des années sans rien de substantiel, ou du moins apparemment. Les experts dans le domaine de la médecine régénérative diffèrent dans les délais, mais le professeur Jennifer Lewis de l'Institut Wyss pour l'ingénierie d'inspiration biologique de l'Université de Harvard pense que dans une décennie est à peu près dès que cela est.

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Personnellement, dans mon très Opinion non expert, je m'attends à ce que les organes régénérés aient fait passer des épreuves humaines au milieu de ce siècle. Cependant, je ne serais pas surpris si cela se révèle trop pessimiste étant donné que cette recherche ne se produit pas dans le vide, et les percées dans d'autres domaines peuvent créer des périodes de progrès rapide.

Il convient également de considérer que l'IA (intelligence artifiique) pousse les recherches scientifiques à l'avance par des décennies, nous aidant à découvrir de nouvelles protéines, de nouveaux matériaux et de nouvelles idées à un rythme rapide. Cela pourrait en fait accélérer le calendrier de la recherche d'organes d'une manière que nous ne pouvons pas prédire pour le moment. Nos intelligences de machines émergentes pourraient voir des choses qui nous manquent ou du moins avoir la capacité de simuler rapidement des années de recherche, de pointer des scientifiques de la bonne manière. Quoi qu'il en soit, je pense que l'avenir de la science médicale est incroyablement brillant.