Aperçu du génie tissulaire

La capacité du corps humain à régénérer les tissus et les organes est extrêmement inefficace, et la perte de tissus et d’organes humains peut se produire facilement en raison d’anomalies congénitales, de maladies et de traumatismes soudains. Lorsque le tissu meurt (appelé nécrose), il ne peut pas être ramené à la vie – s’il n’est pas retiré ou réparé, il peut affecter d’autres zones du corps, telles que les tissus, les organes, les os et la peau environnants.

C’est là que l’ingénierie tissulaire est utile. En utilisant un biomatériau (matière qui interagit avec les systèmes biologiques du corps tels que les cellules et les molécules actives), des tissus fonctionnels peuvent être créés pour aider à restaurer, réparer ou remplacer les tissus et organes humains endommagés.

Une histoire brève

L’ingénierie tissulaire est un domaine de la médecine relativement nouveau, la recherche n’ayant commencé que dans les années 1980. Un bio-ingénieur et scientifique américain nommé Yuan-Cheng Fung a soumis une proposition à la National Science Foundation (NSF) pour un centre de recherche dédié aux tissus vivants. Fung a repris le concept de tissu humain et l’a étendu pour l’appliquer à tout organisme vivant entre les cellules et les organes.

Sur la base de cette proposition, la NSF a étiqueté le terme « ingénierie tissulaire » dans le but de former un nouveau domaine de recherche scientifique. Cela a conduit à la formation de la Tissue Engineering Society (TES), qui est devenue plus tard la Tissue Engineering and Regenerative Medicine International Society (TERMIS).

TERMIS promeut à la fois l’enseignement et la recherche dans le domaine de l’ingénierie tissulaire et de la médecine régénérative. La médecine régénérative fait référence à un domaine plus large qui se concentre à la fois sur l’ingénierie tissulaire et sur la capacité du corps humain à s’auto-guérir afin de restaurer la fonction normale des tissus, des organes et des cellules humaines.

Objectif du génie tissulaire

L’ingénierie tissulaire a quelques fonctions principales en médecine et en recherche : aider à la réparation des tissus ou des organes, y compris la réparation osseuse (tissu calcifié), le tissu cartilagineux, le tissu cardiaque, le tissu pancréatique et le tissu vasculaire. Le domaine mène également des recherches sur le comportement des cellules souches. Les cellules souches peuvent se développer en de nombreux types de cellules différents et peuvent aider à réparer des zones du corps.

La nature 3D de l’ingénierie tissulaire permet d’étudier l’architecture tumorale dans un environnement plus précis. L’ingénierie tissulaire fournit également un environnement pour tester de nouveaux médicaments potentiels sur ces maladies.

Comment ça fonctionne

Le processus d’ingénierie tissulaire est compliqué. Il s’agit de former un tissu fonctionnel 3D pour aider à réparer, remplacer et régénérer un tissu ou un organe du corps. Pour ce faire, des cellules et des biomolécules sont associées à des échafaudages.

Les échafaudages sont des structures artificielles ou naturelles qui imitent de vrais organes (comme le rein ou le foie). Le tissu se développe sur ces échafaudages pour imiter le processus ou la structure biologique qui doit être remplacé. Lorsque ceux-ci sont construits ensemble, le nouveau tissu est conçu pour reproduire l’état de l’ancien tissu lorsqu’il n’était pas endommagé ou malade.

Échafaudages, cellules et biomolécules

Les échafaudages, qui sont normalement créés par les cellules du corps, peuvent être construits à partir de sources telles que des protéines dans le corps, des plastiques artificiels ou à partir d’un échafaudage existant, comme celui d’un organe donneur. Dans le cas d’un organe donneur, l’échafaudage serait combiné avec des cellules du patient pour fabriquer des organes ou des tissus personnalisables qui sont en fait susceptibles d’être rejetés par le système immunitaire du patient.

Quelle que soit la façon dont il est formé, c’est cette structure d’échafaudage qui envoie des messages aux cellules qui aident à soutenir et à optimiser les fonctions cellulaires dans le corps.

Choisir les bonnes cellules est une partie importante de l’ingénierie tissulaire. Il existe deux principaux types de cellules souches.

De nombreuses recherches sont actuellement menées sur les cellules souches pluripotentes (cellules souches adultes qui sont induites à se comporter comme des cellules souches embryonnaires). En théorie, il existe une offre illimitée de cellules souches pluripotentes, et leur utilisation n’implique pas la question de la destruction d’embryons humains (ce qui pose également un problème éthique). En fait, des chercheurs lauréats du prix Nobel ont publié leurs découvertes sur les cellules souches pluripotentes et leurs utilisations.

Dans l’ensemble, les biomolécules comprennent quatre classes principales (bien qu’il existe également des classes secondaires) : les glucides, les lipides, les protéines et les acides nucléiques. Ces biomolécules contribuent à la structure et au fonctionnement des cellules. Les glucides aident les organes comme le cerveau et le cœur à fonctionner ainsi que les systèmes fonctionnent comme les systèmes digestif et immunitaire.

Les protéines fournissent des anticorps contre les germes ainsi qu’un soutien structurel et le mouvement du corps. Les acides nucléiques contiennent de l’ADN et de l’ARN, donnant des informations génétiques aux cellules.

Usage médical

L’ingénierie tissulaire n’est pas largement utilisée pour les soins ou le traitement des patients. Il y a eu quelques cas qui ont utilisé l’ingénierie tissulaire dans les greffes de peau, la réparation du cartilage, les petites artères et les vessies chez les patients. Cependant, les organes plus gros issus de l’ingénierie tissulaire comme le cœur, les poumons et le foie n’ont pas encore été utilisés chez les patients (bien qu’ils aient été créés en laboratoire).

Outre le facteur de risque lié à l’utilisation de l’ingénierie tissulaire chez les patients, les procédures sont extrêmement coûteuses. Bien que l’ingénierie tissulaire soit utile lorsqu’il s’agit de recherche médicale, en particulier lors de l’essai de nouvelles formulations de médicaments.

La médecine personnalisée aide à déterminer si certains médicaments fonctionnent mieux pour certains patients en fonction de leur constitution génétique, ainsi qu’à réduire les coûts de développement et de test sur les animaux.

Exemples d’ingénierie tissulaire

Un exemple récent d’ingénierie tissulaire menée par l’Institut national d’imagerie biomédicale et de bioingénierie comprend l’ingénierie d’un tissu hépatique humain qui est ensuite implanté dans une souris. Étant donné que la souris utilise son propre foie, le tissu hépatique humain métabolise les médicaments, imitant la façon dont les humains réagiraient à certains médicaments à l’intérieur de la souris. Cela aide les chercheurs à voir quelles interactions médicamenteuses possibles il peut y avoir avec un certain médicament.

Dans le but de créer des tissus avec un réseau intégré, les chercheurs testent une imprimante qui créerait un réseau de type vasculaire à partir d’une solution de sucre. La solution se formerait et durcirait dans le tissu artificiel jusqu’à ce que du sang soit ajouté au processus, voyageant à travers les canaux artificiels.

Enfin, la régénération des reins d’un patient à partir de ses propres cellules est un autre projet de l’Institut. Les chercheurs ont utilisé des cellules d’organes donneurs pour les combiner avec des biomolécules et un échafaudage de collagène (provenant de l’organe donneur) pour faire croître de nouveaux tissus rénaux.

Ce tissu organique a ensuite été testé pour son fonctionnement (comme l’absorption des nutriments et la production d’urine) à la fois à l’extérieur puis à l’intérieur des rats. Les progrès dans ce domaine de l’ingénierie tissulaire (qui peuvent également fonctionner de la même manière pour des organes comme le cœur, le foie et les poumons) pourraient contribuer à la pénurie de donneurs et à réduire les maladies associées à l’immunosuppression chez les patients transplantés d’organes.

Comment cela se rapporte au cancer

La croissance tumorale métastatique est l’une des raisons pour lesquelles le cancer est l’une des principales causes de décès. Avant l’ingénierie tissulaire, les environnements tumoraux ne pouvaient être créés à l’extérieur du corps que sous forme 2D. Désormais, les environnements 3D, ainsi que le développement et l’utilisation de certains biomatériaux (comme le collagène), permettent aux chercheurs d’examiner l’environnement d’une tumeur jusqu’au microenvironnement de certaines cellules pour voir ce qui arrive à la maladie lorsque certaines compositions chimiques des cellules sont modifiées. .

Bien que des progrès aient été réalisés dans l’étude du cancer grâce à l’ingénierie tissulaire, la croissance tumorale peut souvent entraîner la formation de nouveaux vaisseaux sanguins. Cela signifie que même avec les progrès réalisés par l’ingénierie tissulaire avec la recherche sur le cancer, il peut y avoir des limitations qui ne peuvent être éliminées qu’en implantant le tissu modifié dans un organisme vivant.

Avec le cancer, cependant, l’ingénierie tissulaire peut aider à déterminer comment ces tumeurs se forment, à quoi devraient ressembler les interactions cellulaires normales, ainsi que la façon dont les cellules cancéreuses se développent et se métastasent. Cela aide les chercheurs à tester des médicaments qui n’affecteront que les cellules cancéreuses, par opposition à l’ensemble de l’organe ou du corps.