Pièces Cyborg

Les organes fabriqués en laboratoire pourraient faire plus que simplement servir d'options prêtes pour les patients dans le besoin : avec le bon mélange de biologie et de science des matériaux, ils pourraient même être en mesure de doter les gens de capacités surhumaines.

C'est ce que les chercheurs de l'Université de Princeton voient comme l'avenir de l'ingénierie tissulaire, et ils pensent que l'impression 3D est la voie à suivre. Michael McAlpine et des membres de son laboratoire ont récemment rapporté qu'une imprimante 3D pourrait construire une oreille bionique capable de détecter des fréquences un million de fois supérieures à la plage auditive normale.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de septembre 2013

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L'oreille montre comment l'impression 3D peut combiner de manière transparente l'électronique et les tissus biologiques. Normalement, ces matériaux ne fonctionnent pas bien ensemble - l'un est rigide et se fracture facilement, tandis que l'autre est doux et flexible. Mais avec l'impression 3D, les deux peuvent être fabriqués ensemble, explique McAlpine. C'est une façon de tout lier naturellement dans un format tridimensionnel, dit-il. Cela pourrait aider les chercheurs à fabriquer des tissus corporels avec des appareils intégrés capables de surveiller la santé, ou même à construire des organes cyborg qui augmentent les sens conventionnels.

L'équipe a commencé avec une oreille car la forme est difficile à recréer avec l'ingénierie tissulaire traditionnelle. En outre, une grande partie d'une oreille est constituée de cartilage, qui manque de vaisseaux sanguins, des structures qui échappent aux ingénieurs tissulaires (pour l'instant).

Pour construire l'organe bionique, l'imprimeur est guidé par un modèle informatique d'une oreille auquel l'équipe a ajouté le modèle d'une bobine d'antenne interne reliée à une électrode externe. Couche par couche, la machine alterne entre trois encres : un mélange de cellules formant du cartilage bovin en suspension dans une épaisse couche d'hydrogel ; une suspension de nanoparticules d'argent pour former la bobine et des électrodes externes en forme de cochlée ; et du silicone pour envelopper l'électronique. Les nanoparticules d'argent sont emballées étroitement afin qu'elles puissent conduire l'électricité. Il agit comme un métal, mais comme ce sont des nanoparticules, vous pouvez les imprimer d'une manière que vous ne pourriez normalement pas imprimer sur un métal, explique McAlpine.

L'impression prend environ quatre heures. Ensuite, l'oreille est baignée dans un bouillon riche en nutriments afin que les cellules puissent se développer, produire du collagène et d'autres molécules et remplacer leur environnement d'origine par du cartilage.

Avec sa bobine entièrement intégrée, l'oreille bionique peut détecter et transmettre des signaux radio, mais pas des ondes sonores. McAlpine dit que des fonctionnalités pourraient être ajoutées aux futurs modèles en intégrant des matériaux piézoélectriques, qui convertissent l'énergie mécanique en énergie électrique. Un jour, ces appareils pourraient aider une personne à entendre à travers le même mécanisme utilisé pour connecter les implants cochléaires, ou peut-être fournir un sixième sens de réception électromagnétique.

Ensuite, McAlpine souhaite élargir la gamme d'objets qu'une imprimante 3D peut produire. Il y a des défis importants, dit-il. Mais avec des imprimantes à plus haute résolution, pense-t-il, son équipe sera en mesure d'introduire une électronique haut de gamme.

Au-delà de permettre aux tissus biologiques d'incorporer des matériaux aux propriétés exceptionnelles, l'impression 3D pourrait relever un défi d'ingénierie tissulaire : comment faire croître des organes avec des vaisseaux sanguins. Les réseaux vasculaires ont une géométrie incroyablement compliquée, dit McAlpine. Une telle percée serait essentielle pour imprimer des organes contenant des vaisseaux sanguins, tels que le foie, les reins et le cœur.

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