Le projet de l'UC San Diego vise à bio-imprimer des foies humains transplantables spécifiques à un patient

Le projet de l'UC San Diego vise à bio-imprimer des foies humains transplantables spécifiques à un patient

L'insuffisance hépatique est l'une des maladies les plus graves et les plus mortelles, tuant des milliers de personnes chaque année alors que des patients à travers les États-Unis attendent un donneur d'organe. Un projet de recherche pouvant atteindre 25,8 millions de dollars à l'Université de Californie à San Diego, financé par l'Advanced Research Projects Agency for Health (ARPA-H), vise à changer cela en développant un foie bio-imprimé en 3D entièrement fonctionnel et spécifique au patient.

Dirigé par l'expert en bioimpression 3D Shaochen Chen, professeur au département de génie chimique et nano de la famille Aiiso Yufeng Li à la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego, le projet rassemble une équipe multidisciplinaire de spécialistes du campus de l'UC San Diego dans les domaines de l'ingénierie, de la biologie du foie, de l'imagerie du foie, de la chirurgie du foie et de l'intelligence artificielle. L’objectif est de créer des foies « sur mesure », cultivés à partir des propres cellules d’un patient. Cette approche pourrait constituer une alternative sûre et évolutive à la transplantation, éliminant ainsi le besoin de donneurs d’organes et d’immunosuppresseurs à vie.

Quand les gens pensent à l’impression 3D, ils pensent souvent à la fabrication de gadgets comme des supports de téléphone portable ou des jouets, et non à des organes humains. Cependant, les besoins en transplantations d’organes sont énormes et la bio-impression 3D est idéale pour relever ce défi car elle nous permet de personnaliser chaque organe en fonction du patient. Notre objectif ultime – le Saint Graal – est d’aider à résoudre la pénurie d’organes en imprimant de vrais organes humains vivants qui peuvent restaurer la santé et la qualité de vie.

Shaochen Chen, professeur au département de génie chimique et nano de la famille Aiiso Yufeng Li, École d'ingénierie Jacobs de l'UC San Diego

Les objectifs de ce projet représentent l'aboutissement de plus de deux décennies d'innovation en matière de bio-impression 3D par Chen et son laboratoire. Ensemble, l’équipe a développé une technologie capable de produire rapidement des tissus biologiques à haute résolution dotés de structures multicellulaires complexes en quelques secondes plutôt qu’en quelques heures.

Chen et son équipe ont récemment intégré l'intelligence artificielle dans le processus de conception et de fabrication pour aider à construire des réseaux vasculaires sophistiqués. Ceci, a expliqué Chen, constitue l'un des plus grands défis liés à la transformation de petits échantillons de tissus en organes vivants de taille réelle.

Grâce à cette nouvelle initiative, l’équipe va désormais utiliser ces avancées cumulatives pour atteindre son objectif le plus ambitieux à ce jour : bio-imprimer un foie humain transplantable grandeur nature.

En cas de succès, a déclaré Chen, le projet pourrait fournir une source sur demande de tissu hépatique fonctionnel pour la transplantation et potentiellement sauver la vie de plus de 12 000 patients chaque année aux États-Unis qui sont actuellement sur la liste d'attente pour une transplantation. Cette approche pourrait également réduire considérablement les coûts des soins de santé et améliorer les résultats à long terme pour les patients atteints d’une maladie hépatique chronique.

"Pendant des décennies, la communauté des transplantés a rêvé d'un avenir dans lequel le sort de milliers de patients chaque année n'est plus déterminé par la pénurie d'organes de donneurs", a déclaré Gabriel Schnickel, professeur de chirurgie à l'École de médecine d'Uc San Diego, chef de la division de transplantation et de chirurgie hépatobiliaire à la santé d'Uc San Diego et co-chercheur du projet. « Ce travail a le potentiel de changer fondamentalement d’innombrables vies en faisant passer cette vision du souhait à la réalité. »

Parmi les autres co-chercheurs de l'UC San Diego sur le projet figurent David Berry, Ahmed El Kaffas, Padmini Rangamani, Bernd Schnabl et Claude Sirlin de l'École de médecine de l'UC San Diego et Rose Yu de l'École d'ingénierie de l'UC San Diego Jacobs.

Les chercheurs collaborent avec Allele Biotechnology, un partenaire industriel possédant une expertise dans les technologies personnalisées et les méthodes de génération de cellules souches pour produire efficacement divers types de cellules nécessaires à la bio-impression des foies en vue de la transplantation. La société de San Diego, fondée par son PDG Jiwu Wang, dispose également d'installations spécialisées de fabrication de cellules qui répondent aux normes réglementaires. Ensemble, l’équipe prévoit de développer davantage le processus depuis la qualité du laboratoire jusqu’à la production clinique.

De l’innovation à un impact réel

Contrairement aux méthodes d'impression 3D traditionnelles, la technologie de Chen utilise des modèles de lumière contrôlés numériquement pour solidifier couche par couche des matériaux chargés de cellules, permettant aux chercheurs de recréer avec précision la microarchitecture délicate des tissus vivants, y compris les réseaux complexes de vaisseaux sanguins.

Au fil des années, l'équipe de Chen a affiné à la fois le processus de bio-impression et les biomatériaux - appelés bioinks - nécessaires au support des cellules humaines vivantes. En 2016, ils ont franchi une étape majeure en démontrant que leur technologie de bio-impression pouvait créer des modèles réalistes de tissus hépatiques humains. Bien que mesurant seulement quelques millimètres, ces tissus imprimés reproduisaient fidèlement les structures et les fonctions d’un véritable foie humain. Et comme les tissus hépatiques proviennent de cellules souches pluripotentes d’origine humaine, ils sont spécifiques au patient, réduisant ainsi le risque de rejet immunitaire.

Forts de ce succès, Chen et son équipe ont fondé une start-up, Allegro 3D (maintenant Cellink), pour amener la technologie au-delà du laboratoire. Alors qu’ils travaillaient à commercialiser la plateforme de bio-impression, ils ont progressivement développé le système d’un prototype expérimental à une imprimante à l’échelle industrielle capable de produire des structures beaucoup plus grandes et plus complexes.

« L'UC San Diego occupe une position unique pour diriger ce type de travail », a déclaré Chen. « Nous avons une école d'ingénieurs parmi les dix meilleures et une école de médecine de premier plan sur l'ensemble du campus. Nous avons une forte culture collaborative qui facilite la réunion d'ingénieurs, de cliniciens et de biologistes pour s'attaquer à un problème d'une telle ampleur.

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