| Société | Emplacement Des produits
en cours |
| Sciences tissulaires avancées | La Jolla, Californie | Peau (TransCyte, Dermagraft); cartilage, ligaments et tendons; vaisseaux sanguins et valves cardiaques |
| Biochirurgie Genzyme | Cambridge, MA | Cellules cartilagineuses (Carticel); greffe de cartilage (Carticelle II) |
| CryoLife | Kennesaw, Géorgie | Valves cardiaques et vaisseaux sanguins ; ligaments |
| Tu te soucies | Cambridge, MA | Gel cartilagineux pour prévenir le reflux urinaire (Chondrogel) ; vessie |
| Cellule de vie | Branchburg, New Jersey | Peau (AlloDerm); vaisseaux sanguins; ligaments et tendons |
| Organogenèse | Canton, MA | Peau (Apligraf, Vitrix); vaisseaux sanguins |
Lignées
Des progrès importants sur ce front sont survenus il y a deux ans, lorsque les ingénieurs biomédicaux du MIT, Robert Langer et Laura Niklason (maintenant au Duke University Medical Center) ont développé des vaisseaux sanguins entiers à partir de quelques cellules prélevées sur des porcs. Niklason, qui a dirigé l'effort et a effectué une grande partie du travail lors d'un passage dans le laboratoire de Langer, a commencé par prendre de petites biopsies des artères carotides de porcs miniatures de six mois. Elle a isolé des cellules musculaires lisses de chaque échantillon de tissu et a utilisé ces cellules pour ensemencer la surface externe d'un échafaudage tubulaire constitué d'un polymère biodégradable utilisé dans les sutures. Ensuite, Niklason a cultivé chaque nouveau récipient dans sa propre chambre de croissance spéciale appelée bioréacteur. Les bioréacteurs sont la norme en ingénierie tissulaire, mais dans ce cas, il y a eu une torsion.
Comme l'explique Langer, nous avons installé ces petites pompes qui battaient comme un cœur et les avons reliées aux vaisseaux sanguins artificiels. Les chercheurs ont découvert que la pulsation encourageait les cellules musculaires à migrer vers l'intérieur, enveloppant des fragments microscopiques du polymère, et rendait finalement les vaisseaux sanguins beaucoup plus forts. Après avoir fait croître les vaisseaux dans l'environnement pulsé pendant plusieurs semaines, ils ont ajouté des cellules endothéliales - les cellules minces et plates qui tapissent l'intérieur de nombreux tissus, y compris les vaisseaux sanguins - à leurs surfaces internes, et les ont fait croître pendant quelques jours de plus.
Ce seul changement a totalement tout changé, dit Langer. Nous étions en fait capables de fabriquer des vaisseaux sanguins qui ressemblaient à de vrais vaisseaux. Ils fonctionnaient également comme de vrais vaisseaux sanguins, restant ouverts et sans caillots pendant plusieurs semaines lorsque les chercheurs les ont greffés dans de grandes artères dans les pattes des porcs. La clé pour que cela fonctionne était d'imiter ce que le corps faisait en faisant croître les vaisseaux dans un environnement qui pulsait comme le fait un véritable système circulatoire, explique Langer.
Vessie de Beagle et cœurs humains
Même sans la technologie nécessaire pour construire des systèmes vasculaires étendus, un organe fabriqué par ingénierie tissulaire a pratiquement atteint les stades des essais humains : la vessie. Anthony Atala, urologue et directeur de l'ingénierie tissulaire à l'Hôpital pour enfants de Boston, a décidé d'essayer de construire une vessie en partie parce qu'elle semblait être l'organe le plus simple pour commencer. Dans le cadre de travaux marquants réalisés à la fin des années 1990, l'équipe d'Atala a construit de nouvelles vessies pour six beagles. Les chercheurs ont commencé par faire une biopsie d'un centimètre carré de la vessie naturelle de chaque chien, en isolant les cellules de la muqueuse et les cellules musculaires de la biopsie, et en cultivant chaque type de cellule séparément.
Au bout d'un mois, l'équipe d'Atala avait cultivé suffisamment de cellules - 300 millions de chaque type - pour construire une vessie artificielle. Ils ont utilisé les cellules musculaires pour recouvrir l'extérieur d'un échafaudage en polymère en forme de vessie et les cellules de la muqueuse pour couvrir l'intérieur. Les chercheurs ont implanté chaque nouvelle vessie dans un chien après avoir retiré la propre vessie du chien. Les chercheurs ont découvert que non seulement les vaisseaux sanguins des tissus environnants se développaient dans la vessie fabriquée par ingénierie tissulaire et maintenaient ses tissus en bonne santé, mais que les chiens avaient également une capacité vésicale presque aussi élevée que les chiens équipés d'un équipement d'origine.
Les premiers travaux se sont si bien déroulés qu'Atala et Curis, basés à Cambridge, MA, espèrent commencer les premiers tests de la nouvelle vessie chez l'homme au cours de cette année. Pourtant, Atala est réaliste sur ce qu'il a déjà accompli. D'une part, il n'a pas encore répondu à la question de savoir combien de temps durera une vessie bio-ingénierie. Avec la vessie, il va falloir plusieurs années avant de savoir quels seront les résultats à long terme, explique-t-il. Nous avons certainement une bonne histoire avec la peau. Vingt ans plus tard, nous savons que tout va bien. Avec le cartilage dans le genou, nous avons une histoire de quatre ou cinq ans à partir du moment où il a été placé pour la première fois chez les patients. Mais avec la vessie, dit Atala, nous ne savons tout simplement pas.
Entre-temps, le laboratoire d'Atala a commencé à s'attaquer au rein et a déjà construit de petites unités semblables à des reins capables de produire de l'urine. Néanmoins, étant donné que le rein est une structure très complexe qui comprend jusqu'à 20 types de cellules différents, les chercheurs doivent surmonter de nombreux obstacles techniques avant de fabriquer des organes de taille normale pour les près de 48 000 personnes en attente de greffe de rein aux États-Unis seulement. .
L'ingénierie tissulaire d'un cœur sera également une tâche formidable, mais il y a quelques raisons de croire que des mesures concrètes dans cette direction seront prises dans un avenir pas si lointain. D'une part, le cœur comprend moins de 10 types cellulaires différents. Peut-être encore plus important, il existe deux grands consortiums de recherche ciblant l'organe. L'une est l'initiative LIFE (pour Living Implants from Engineering), lancée en 1998 et coordonnée par Michael Sefton de l'Université de Toronto, avec l'aide d'un comité directeur qui comprend Vacanti du Massachusetts General Hospital et Langer du MIT. L'initiative a mobilisé 60 chercheurs universitaires et gouvernementaux d'Amérique du Nord, d'Europe et du Japon pour travailler sur la pompe critique du corps. Dit Sefton, si nous pouvons résoudre le cœur, alors les autres organes suivront.
Sefton admet volontiers qu'un projet aussi énorme que la construction du cœur est, à première vue, ridicule. Pourtant, il pense qu'en divisant le travail en tâches élémentaires - isoler les cellules musculaires cardiaques humaines, par exemple, ou construire des échafaudages flexibles pour soutenir ces cellules - un consortium de chercheurs sera en mesure d'y parvenir.
Ce modèle est également testé, dit Sefton, dans une collaboration université/industrie dirigée par l'Université de Washington. Financé par une subvention de 10 millions de dollars des National Institutes of Health et incluant plus de 40 chercheurs, le projet de l'Université de Washington a divisé son entreprise en une série d'objectifs. La première consiste à générer un patch d'ingénierie tissulaire qui peut être greffé sur un cœur endommagé. À plus long terme, les chercheurs espèrent construire des ventricules gauches implantables, un objectif que Sefton considère comme un mini-coup de lune qui pourrait être atteint dans la décennie. Mais un cœur bio-ingénierie entièrement fonctionnel, dit Sefton, coûtera probablement des milliards de dollars - et ni l'initiative LIFE ni celle de l'Université de Washington n'ont encore levé ce genre d'argent.
Directement de l'usine
En fin de compte, toute méthode de construction de nouveaux organes humains devra obtenir l'approbation de la Food and Drug Administration des États-Unis. Et cela signifie que les facteurs d'orgues auront besoin d'un processus de fabrication standardisé et reproductible, explique Linda Griffith, bio-ingénieure du MIT. Pour atteindre cet objectif, Griffith et ses collègues se sont tournés vers un appareil inventé par l'ingénieur du MIT Emanuel Sachs et utilisé pour le prototypage rapide et la fabrication d'une variété de pièces et d'outils : une imprimante à poudre tridimensionnelle ou machine 3DP.
La machine construit des formes complexes couche par couche, à partir d'un fichier informatique capable de représenter l'objet sous la forme d'une série de tranches horizontales. Un rouleau pousse une fine couche de poudre sur une plaque de base plate reposant sur un piston. Ensuite, une tête d'impression à jet d'encre distribue une colle, ou un liant, pour solidifier la poudre uniquement là où le plan de cette tranche nécessite un matériau solide. Le piston fait ensuite glisser la plaque vers le bas de l'épaisseur de la couche et le processus recommence. Lorsque toutes les couches ont été imprimées, le nouvel objet peut être retiré de la machine et l'excès de poudre tombe.
En adaptant l'imprimante pour utiliser des poudres polymères, plusieurs têtes d'impression et des liants spéciaux, Griffith et ses collaborateurs ont créé un outil capable de produire en masse des échafaudages polymères pour de nouveaux tissus et organes. Non seulement l'imprimante permet aux chercheurs de contrôler la forme d'un échafaudage avec une grande précision, mais elle leur permet également d'intégrer des modifications chimiques à la surface de la structure qui aident à indiquer à différents types de cellules exactement où et comment elles doivent se développer.
C'est juste ce genre de contrôle fin qui peut aider les ingénieurs tissulaires à conquérir même les organes les plus complexes. En effet, Griffith travaille maintenant, avec Vacanti et Princeton, Therics, dans le New Jersey, à trouver des moyens de fabriquer des foies et d'autres organes avec une impression en trois dimensions. Griffith en sait déjà beaucoup sur la croissance du tissu hépatique ; elle a travaillé sur les détails tout en dirigeant un effort pour développer un détecteur d'armes biologiques à base de cellules hépatiques pour l'Agence américaine des projets de recherche avancée pour la défense. L'espoir est que les connaissances scientifiques, combinées à la technologie d'impression en trois dimensions, permettront de construire un foie pour l'implantation.
Si tout se passe comme l'espèrent Griffith, Vacanti et leurs collègues, les machines de fabrication pourraient un jour bourdonner dans les usines d'organes certifiées par la FDA. Il est trop tôt pour savoir si ces usines produiront des organes entiers sur place, ou si elles produiront et expédieront à la place des structures d'échafaudage élaborées sur lesquelles les médecins cultiveront les propres cellules des patients, directement à l'hôpital. Mais l'une ou l'autre approche, si elle réussit, promet une chose : la fin des listes d'attente de greffe.