Produire bientôt de la peau ou des vaisseaux sanguins ?

Produire des tissus complexes pluricellulaires tels que la peau ou les vaisseaux sanguins peut désormais être envisagé grâce à la conception, par des chercheurs de l'unité "Ingénierie des matériaux polymères" du CNRS, d'un bioréacteur à "effet leurre". Ce nouveau bioréacteur, breveté, permet la culture et la co-culture de cellules de nature différente, une première. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature du 6 mars 2008.


Les matériaux vivants peuvent être considérés comme des hydrogels physiques complexes. Ceci signifie qu'ils sont constitués essentiellement d'un réseau de chaînes polymères emprisonnant une très grande quantité d'eau (80 % en poids, par exemple, dans le cartilage articulaire), et des cellules vivantes, productrices de ce réseau polymère. De plus, de nombreux tissus vivants sont formés de plusieurs couches de gels contenant des cellules différentes et ces cellules ne peuvent se déplacer librement dans une couche et encore moins d'une couche à l'autre.

Partant de ce constat, une équipe de l'unité "Ingénierie des matériaux polymères", IMP, (CNRS / Université Lyon 1 / Université Saint-Etienne / Insa Lyon) a élaboré de nouveaux hydrogels physiques multi membranaires "leurres des milieux biologiques". Ces biomatériaux peuvent adopter de nombreuses formes (sphères, disques, tubes, etc.) et présentent de nombreuses applications dans le domaine biomédical. Ils peuvent être directement utilisés comme implants mais constituent également de véritables bioréacteurs d'un type nouveau par leur structure multi membranaire.

Contrairement à ceux traditionnellement utilisés, ces nouveaux matériaux permettent de cultiver des cellules de nature différente dans plusieurs espaces inter membranaires, ce qui permet d'envisager la production de tissus complexes pluricellulaires multicouches comme la peau ou les vaisseaux sanguins.

L'effet leurre permet de tirer partie de l'activité biologique particulière des hydrogels et de ralentir le processus de dégradation des membranes. En effet, lorsque les membranes sont uniquement constituées de briques présentes dans les tissus des mammifères, les cellules insérées entre ces dernières reconnaissent l'intégralité du biomatériau et produisent des enzymes qui vont le détruire rapidement et prématurément. Ceci engendre alors une interpénétration des cellules, initialement compartimentées, défavorable pour la construction des tissus multicouches et pluricellulaires complexes tels que la peau. Dès lors que les membranes possèdent des entités absentes chez les mammifères, leur biodégradation se trouve fortement ralentie, ce qui permet de séparer la culture de cellules de nature différente sans toutefois empêcher leur communication. Ce bioréacteur innovant vient d'être breveté.

Une collaboration avec des spécialistes de biologie cellulaire a déjà permis de prouver l'efficacité de ces nouveaux bioréacteurs. En effet, ces biologistes ont cultivé des chondrocytes, cellules du cartilage, dans plusieurs espaces inter membranaires successifs pendant huit mois. Les résultats sont excellents: les chondrocytes se multiplient sans se transformer en fibroblastes (1) et produisent une quantité très importante d'un tissu tout à fait semblable à du cartilage.

Des études moins avancées de co-culture de cellules endothéliales (2) et ostéoprogénitrices (3) sont très prometteuses ; elles permettraient de générer des tissus osseux in vitro. Dans tous les cas, les cellules ou les tissus formés restent bien compartimentés entre les membranes. Ces bioréacteurs seraient donc en mesure de répondre aux demandes de greffes toujours plus nombreuses.

Notes:

(1) Cellules présentes dans le derme.
(2) Les cellules endothéliales tapissent la totalité des vaisseaux sanguins. Elles sont ainsi positionnées stratégiquement afin d'influencer le flot sanguin et le développement de nouveaux vaisseaux.
(3) Les cellules ostéoprogénitrices sont des cellules permettant de générer du tissu osseux.