Des chercheurs ont fabriqué pour la première fois une cornée qui prend forme automatiquement autour de l’œil après avoir été imprimée. De quoi produire des organes sur mesure d’une façon quasi industrielle.

En juin dernier, des chercheurs de l’université de Newcastle avaient réussi à imprimer en 3D une cornée sur mesure pour l’œil d’un patient (voir article ci-dessous). Aujourd’hui, cette même équipe a franchi un nouveau pas, avec une cornée en 4D qui prend forme après avoir été imprimée. Rappelons d’abord ici qu’un objet 4D possède en effet la capacité à se modifier lui-même en réponse à un stimulus (changement de température, de courant électrique, de lumière, de pH, etc). En moins de cinq jours, la cornée artificielle est ainsi « moulée » autour de l’œil comme s’il s’agissait d’une cornée naturelle.

Ce timelapse de cinq jours montre comment la cornée imprimée se courbe peu à peu sous l’effet du sérum. © Université de Newcastle, YouTube

Une structure incurvée obtenue par des niveaux de contraction différents

L’astuce réside dans la structure du matériau utilisé, un gel composé de collagène et de cellules souches cornéennes encapsulées. Ce gel est disposé en deux cercles concentriques, dont un où l’on ajoute des peptides amphiphiles, des molécules composées de plusieurs chaînes moléculaires différentes (généralement une chaîne hydrophile et une chaîne lipidique), ce qui les rend capables de s’auto-assembler. Ces peptides amphiphiles sont ensuite activés par un sérum fœtal bovin. Le gel de l’anneau ne contenant pas de peptides subit alors une forte contraction en se liant aux cellules cornéennes, tandis que celui avec les peptides se contracte peu, les cellules du gel préférant alors se lier avec les chaînes moléculaires de ces dernières. D’où la forme incurvée que l’on obtient finalement. « Le processus est entièrement “piloté” par les cellules elles-mêmes », explique Che Connon, professeur de génie tissulaire à l’université de Newcastle et coauteur de l’étude parue dans Advanced Functional Materials.

On savait déjà imprimer en 3D des cornées à partir de matrices déjà modélisées, mais ces dernières étaient alors peu adaptables. À l’inverse, celles imprimées sur mesure étaient terriblement longues à fabriquer et très fragiles. « Ce que montre notre étude, c’est qu’il existe un lien très fort entre la forme et les capacités fonctionnelles d’un organe », assure Martina Miotto, principale auteure de l’article. « Les structures en 4D présentent des propriétés biomécaniques et physiques (épaisseur, dimension, densité, transparence…) reproduisant presque parfaitement celles d’une cornée humaine. »

Des organes imprimés en série qui s’adaptent une fois dans le corps du patient

« La technologie 4D offre un énorme potentiel », assure Che Connon. Il ne sera par exemple plus nécessaire de pratiquer une large incision pour implanter un tissu. « Il suffira d’introduire par un petit orifice un organe qui adoptera sa forme définitive et fonctionnelle une fois à l’intérieur du corps », détaille le chercheur. Cela ouvre aussi la voie à une production à grande échelle, puisqu’il suffit de modifier un paramètre dans le gel pour obtenir un organe sur mesure plutôt que d’imprimer chacun selon un modèle différent. « L’usine à organes » n’est décidément plus très loin.

Ce qu’il faut retenir

  • Les organes imprimés en 3D sont peu modulables ou trop longs à produire.
  • Grâce à des peptides spécifiques, des chercheurs ont créé une cornée 4D qui se « moule » en quelques jours autour de l’œil.
  • On obtient ainsi une cornée artificielle avec des caractéristiques presque identiques à celles d’une cornée naturelle. 
Pour en savoir plus

Œil : une cornée imprimée en 3D pour la première fois

Article de Marie-Céline Ray publié le 04/06/2018

Pour la première fois, des chercheurs ont imprimé une cornée en 3D, en utilisant comme encre un mélange de cellules de cornée, d’alginate et de protéines de collagène. Cette innovation pourrait offrir une solution face au manque de cornées disponibles pour des greffes.

La cornée est la couche transparente externe située à l’avant de l’œil. Elle joue un rôle important dans la vision. Or le nombre de cornées disponibles pour des greffes est insuffisant. Dans le monde, environ 10 millions de personnes auraient besoin d’une chirurgie pour éviter de devenir aveugles à cause d’infections affectant la cornée (trachomes).

Dans un article paru dans Experimental Eye Research, les chercheurs de l’université de Newcastle expliquent comment ils ont mélangé des cellules de cornée de donneurs, avec de l’alginate et du collagène pour créer une solution, une « bio-encre », pouvant servir à une impression 3D. Grâce à une bioimprimante, c’est-à-dire une imprimante 3D capable d’utiliser des cellules, ils ont obtenu en moins de 10 minutes une cornée en réalisant des cercles concentriques. 90 % des cellules étaient toujours vivantes un jour après l’impression et 83 % une semaine après l’impression.

Une cornée imprimée avec les dimensions spécifiques du patient

Che Connon, professeur à l’université de Newcastle, a expliqué dans un communiqué « Notre gel unique – une combinaison d’alginate et de collagène – maintient les cellules souches vivantes tout en produisant un matériau suffisamment rigide pour maintenir sa forme, mais suffisamment souple pour sortir de la buse d’une imprimante 3D. »

Grâce à cette technique, il serait possible d’imprimer une cornée avec les dimensions spécifiques du patient, après avoir scanné son œil. Mais il faudra probablement encore patienter plusieurs années avant d’implanter ces cornées imprimées en 3D sur des patients car elles devront subir des tests au préalable. Cependant « ce que nous avons montré est qu’il est possible d’imprimer des cornées en utilisant des coordonnées prélevées sur un œil de patient et que cette approche a le potentiel de lutter contre la pénurie mondiale ».

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Cet objet imprimé en 4D prend sa forme dans l’eau  Des objets fabriqués sur mesure mais qui changent de forme une fois plongés dans l’eau : c’est le curieux procédé d’impression « 4D » développé par des scientifiques de l’institut Wyss et de Harvard (États-Unis). Des fibres de cellulose, savamment disposées, gonfleront de manières différentes selon les endroits (Anisotropic swelling). Prédictible, le phénomène permet de faire naître des formes cachées. 

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