Déjà de la peau par impression 3D, et ensuite ?

Il y a deux jours je m’amusais à imaginer (voir le lien) ce que serait la médecine dans une vingtaine d’années en combinant la génétique, les cellules pluripotentes et l’impression 3D. Je ne pouvais pas si bien dire puisque je suis tombé par hasard sur une News du Wyss Institute (Université de Harvard) qui décrit justement l’impression 3D de peau artificiellement vascularisée, carrément époustouflant !

Pour reconstituer de la peau par imagerie 3D en disposant de fibroblates on pourrait en théorie recouvrir la couche de fibroblastes de type 2 constituant le derme et la matrice extracellulaire avec des fibroblastes de type 1 pour obtenir une peau artificielle constituée de cellules vivantes. Le problème est que les cellules de la première couche supposées ensuite reconstituer le derme vont rapidement mourir car elles manqueront d’oxygène et également parce qu’elles seront dans l’incapacité d’éliminer leurs déchets correctement. Tout ça pour la simple raison que les cellules utilisées ne sont pas programmées pour reconstituer la circulation sanguine permettant ces échanges. La structure en profondeur de la peau est en effet complexe et la vascularisation y est importante comme le montre l’illustration (Wikipedia). Il était donc illusoire de se contenter de plusieurs couches de cellules.

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L’astuce a consisté à mettre au point une « encre » de composition chimique faisant appel à des constituants de la matrice extracellulaire qui se solidifie après impression. Il a suffi de programmer l’imprimante afin qu’elle construise un lacis de tubes microscopiques avec ces constituants biologiques (voir l’illustration, Wyss Institute) puis de recouvrir ces microtubes avec des fibroblastes de type 2, ceux qu’on retrouve dans le derme et également avec des cellules endothéliales dans le mélange dont la fonction était de reconstituer la paroi des vaisseaux. Et comme la nature fait bien les choses (au risque de me répéter) cette vascularisation artificielle a facilité la survie des cellules en particulier quand elles ont été ultérieurement recouvertes d’une couche de fibroblastes de type 2. En quelque sorte une reconstitution d’un tissu utilisable non pas pour être greffé sur un malade d’où proviendraient ces cellules rendues pluripotentes puis redirigées vers diverses fonctions mais pour appliquer cet organe artificiel dans des protocoles de screening de médicaments. C’est là la première application envisagée pour ces tissus artificiels en trois dimensions. Mais après une greffe de ce tissu artificiel il y a tout lieu d’espérer que cette vascularisation artificielle sera intégrée à celle préexistant naturellement et que la circulation sanguine ainsi établie favorisera la survie des cellules.

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La réalité a donc dépassé la fiction et la combinaison de techniques aussi variées que la biochimie pure et dure pour l’extraction et la purification des constituants de la membrane basale, la biologie cellulaire et enfin l’impression 3D permettent donc dès à présent de fabriquer un tissu complexe.

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Source et illustrations : Wyss Institute

https://jacqueshenry.wordpress.com/2014/02/20/la-nouvelle-medecine-huxley-en-etait-le-visionnaire/

La nouvelle médecine : Huxley en était le visionnaire !

Le séquençage de l’ADN humain entre progressivement dans les processus de diagnostic du corps médical, au moins aux USA, et si le coût du séquençage lui-même a chuté aux alentours de 1000 dollars (voir un précédent billet sur ce sujet) il reste à effectuer une analyse des résultats pour détecter les mutations qui peuvent être à l’origine de pathologies aussi variées que l’asthme, les crises de goutte, le cancer du sein ou une prédisposition aux maladies cardiovasculaires. Il y a une douzaine d’années les médecins s’intéressaient tout au plus à trois gènes, en 2007 une avancée technologique dans le repérage des SNP permettait aux mêmes médecins de se pencher sur 5 gènes différents. Aujourd’hui le clinicien prend en compte pour son diagnostic jusqu’à 70 gènes différents. A l’évidence cette progression spectaculaire permet d’affiner l’approche clinique du malade mais elle demande en contrepartie une puissance de calcul considérable pour traiter les quelques 3 milliards de paires de bases constituant la totalité de l’ADN d’un individu. Les bases de données s’étoffant chaque jour, les mutations dans des zones codantes et dans l’ADN non codant supposé superflu qui ont aussi leur importance sont progressivement identifiées à des pathologies précises. Plus de 85 % des mutations dans des zones codantes ont été identifiées et reliées à des maladies bien précises mais les 15 % restant sont situées dans des zones non codantes et l’accumulation de données permet d’y voir plus clair. Par exemple la seul cardiomyopathie fait intervenir pas moins de 50 gènes différents et il n’est pas difficile de comprendre que les médecins sont friands d’informations génétiques étayant leur diagnostic.

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La solution ne peut être trouvée qu’en utilisant la puissance de calcul de super ordinateurs tel que le Cray XE6 surnommé Beagle comme le bateau sur lequel embarqua Charles Darwin en 1831. Cet ordinateur se trouve dans les locaux de l’Argonne National Laboratory sur le campus de l’Université de Chicago et est à la disposition des chercheurs de l’Université, en particulier pour la recherche biomédicale. Les programmes d’analyse ont été mis au point par une équipe de l’Université et le « Beagle » peut simultanément analyser jusqu’à 240 génomes entiers en 48 heures ! On comprend dès lors l’accélération de l’utilisation de la génétique dans le diagnostic médical. C’est une ère nouvelle de la médecine qui s’ouvre. Dans quelques années seulement, le médecin vous demandera de lui communiquer votre séquence d’ADN, en quelques heures elle sera analysée par un superordinateur et vous aurez la réponse à votre problème de santé. Vous n’aurez plus besoin de poser la question fatidique : « je vais guérir, docteur ? » parce que l’ordinateur aura répondu à cette question avant même que vous la posiez au médecin. Ce dernier ne servira plus que d’interface avec la machine. On peut imaginer également que de l’analyse de l’ADN résultera une liste de conseils et la prescription des médicaments ciblant exactement la pathologie particulière résultant de mutations variées sur, disons au hasard, 47 gènes précis qui font que vous avez des aigreurs d’estomac et des troubles du sommeil …

A n’en pas douter, la médecine va évoluer très rapidement avec le support informatique de tels équipements. Les chercheurs de l’Université de Chicago se sont rendu compte qu’il était moins coûteux et beaucoup plus rapide d’utiliser un ordinateur tel que le « Beagle » pour effectuer les analyses. A terme, selon Elizabeth McNally, directrice la clinique de génétique cardiovasculaire de la faculté de médecine de Chicago, le coût de l’analyse atteindra environ 1000 dollars après avoir déboursé 1000 dollars pour le séquençage proprement dit car l’analyse du séquençage constitue aujourd’hui un véritable goulot d’étranglement. Pour donner un ordre d’idées, il faut plusieurs mois pour effectuer une analyse complète de l’ADN avec le plus puissant des ordinateurs de bureau disponible sur le marché !

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Enfin, avec de tels outils informatiques, le médecin pourra envisager une prophylaxie familiale préventive car les mutations délétères sont transmissibles à la descendance. Une véritable révolution dans le fonctionnement de la médecine se profile donc. Avec l’imagerie qui s’est développée et s’est affinée ces quelques vingt dernières années avec d’ailleurs le traitement informatique des données, avec l’impression 3D qui va également faire son entrée dans cette discipline en reconstituant des organes complexes avec des cellules pluripotentes issues du malade lui-même et redirigées pour telle ou telle fonction, on peut entrevoir quelle sera la médecine dans 20 à 30 ans. Pourquoi pas des utérus artificiels … Huxley, comme Asimov, n’était pas si loin de la réalité future.

 

Source : University of Chicago Medical Center

 

La 3D dans la vie de tous les jours ? Pour bientôt !

Il y a plusieurs jours je suis allé au coin de ma rue confier une petite statuette un peu érotique sculptée par l’auteur de mes jours à un imprimeur. Pas n’importe quel imprimeur puisqu’il sévit dans trois dimensions. J’ai ainsi pu découvrir avec cet Anglais fort sympathique ce qu’est l’impression 3D, que ce soit la reproduction d’objet après scanning ou la création de novo de structures issues de l’imagination de celui qui sait utiliser un logiciel de création graphique en trois dimensions. Une technique tellement tributaire de l’informatique que sans le développement récent de la puissance de calcul des ordinateurs elle n’aurait pas pu voir le jour et envahir progressivement la vie quotidienne. On peur faire des photos en 3D, résultat surprenant basé sur l’épaisseur de la couche de matière plastique déposée qui filtre plus ou moins les rayons lumineux quand on visionne le résultat par transparence, tout simplement bluffant.

Le scanning de la petite statuette a créé beaucoup de problèmes en particulier de réflexion des rayons laser car cette statuette est en métal. Un peu de poudre et les réflexions parasites ont été éliminées mais le traitement ultime du fichier, une vingtaine de gigas tout de même, a fait apparaître d’autres bugs que le logiciel de retraitement ne pouvait pas prendre en compte en raison de la taille du fichier de scanning. Il a fallu tout recommencer à zéro pour obtenir un ensemble de données moins volumineux. Et c’est sur ce point qu’achoppe l’impression 3D car l’opérateur doit maîtriser l’ensemble de la technologie afin d’évaluer quels paramètres il doit introduire dans le logiciel pour arriver à un résultat satisfaisant en particulier quand l’objet à reproduire est complexe. Quant aux imprimantes elles-mêmes, elles demandent une surveillance de tous les instants, l’enceinte peut être trop chaude ou trop froide, des gouttes de plastique peuvent se déposer intempestivement là où il ne faut pas, tout l’ensemble peut subitement se bloquer pour une raison inconnue ? Je parle d’une petite imprimante à 2000 euros. Cet anglais débordant d’idées réalise aussi des répliques avec une imprimante sous vide partiel qui projette des goutelettes microscopiques de matière et le résultat est surprenant.

L’impression 3D a déjà envahi toutes sortes de domaines de l’industrie ou encore de la médecine. Dans ce dernier cas la machine est capable de projeter des cellules vivantes pour constituer une structure tridimensionnelle qui va reproduire un organe. Avec des résines et des micro-billes métalliques on peut reproduire une bielle ou un vilbrequin de moteur de voiture, ce n’est pas encore complètement au point mais il est certain qu’un jour prochain, quand on achètera une voiture, le manuel d’entretien comprendra des liens informatiques pour télécharger les dossiers permettant de reproduire les pièces d’un carburateur ou d’une pompe avec une imprimante située au coin de la rue.

Plus encore, dans le domaine de l’alimentation, l’impression 3D fait une entrée prometteuse ! Le fabricant italien de pâtes Barilla vient de créer une joint-venture avec la société néerlandaise TNO pour l’impression 3D de pâtes. Imaginez que vous arriviez avec votre petite amie dans un restaurant et vous donnez avec une clé USB le fichier contenant la forme des pâtes que vous voulez faire imprimer et que vous avez créé la veille sur votre ordinateur au lieu de vous abrutir devant la télévision, des petits cœurs et des marguerites, par exemple, en moins de dix minutes le chef viendra servir dans l’assiette de votre petite amie un assortiment de cœurs et de marguerites pour lui prouver votre grand amour le jour de la Saint-Valentin. C’est pas beau !

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Au dernier salon informatique de Las Vegas, une imprimante 3D spécialement modifiée dans ce but, était capable de produire des petits gâteaux aux formes aussi inattendues qu’alléchantes, un domaine où l’imagination est sans limites. En quelques minutes le tour est joué. Bientôt, il y aura dans certaines cuisines spécialisées des séries d’imprimantes produisant à des vitesses record des petits canapés et des petits fours, les cuisiniers dignes de ce nom ne serviront qu’à faire les préparations qu’ils introduiront dans des réservoirs et les machines feront le reste.

Peut-être qu’à l’heure qu’il est ma petite statuette a pu être reproduite éventuellement en plus grande taille, j’irai m’en enquérir ce soir.

Bons rêves

Source et illustration : itwire.com