221 - Récents avancements en bioimpression 3D pour l’ingénierie tissulaire et la médecine

Bioimpression I

• Communication orale 10 h 15
  L'impression 3D pour fabriquer des tissus artificiels afin de traiter le diabète
  Corinne Hoesli (Université McGill)

  La découverte de l'insuline au Canada il y a un siècle a révolutionné le traitement du diabète. Les personnes atteintes de diabète de type 1 dépendent d'injections d'insuline pour contrôler leur glycémie, mais il est difficile d'éviter des variations dangereuses. Une alternative est la transplantation d'îlots de Langerhans issus de dons d'organes. Au Canada, plus de 300 patients ont reçu ce traitement en 25 ans. Au Québec, le Centre universitaire de santé McGill est l’établissement provincial désigné pour cette thérapie, qui permet souvent de se passer d'insuline pendant au moins deux ans et réduit les épisodes d'hypoglycémie sévères. Cependant, des défis persistent, notamment l’évitement des médicaments antirejet et l’amélioration de la survie du greffon.

  L'impression 3D ouvre des perspectives pour créer des tissus artificiels sur mesure. Différentes techniques seront présentées, notamment celles intégrant des vaisseaux sanguins dans un hydrogel contenant les îlots. Ces approches, combinées à la biofabrication d'îlots à partir de cellules souches, permettent d'obtenir des tissus sécrétant de l'insuline. Ces tissus peuvent être maintenus en vie in vitro plusieurs semaines ou être transplantés.

• Communication orale 10 h 55
  Fabrication additive de biomatériaux fonctionnels pour l'ingénierie tissulaire cardiaque et les applications cœur sur puce.
  Houman Savoji (Polytechnique Montréal)

  L'ingénierie tissulaire est devenue un domaine interdisciplinaire qui combine les principes de la science des matériaux, du génie mécanique et chimique et des sciences de la vie pour développer des substituts fonctionnels et des dispositifs médicaux pour les tissus et organes lésés, ainsi que pour créer des modèles in vitro en 3D (la technologie des organes sur puce) afin de comprendre les mécanismes des fonctions des tissus sains et malades et de tester la sécurité et l'efficacité des thérapeutiques potentielles. Idéalement, les tissus fabriqués reproduisent l'organisation naturelle du microenvironnement du tissu et présentent des caractéristiques morphologiques, mécaniques et physiologiques similaires à celles des tissus et organes natifs. Cet exposé décrit comment les stratégies de biofabrication avancées, telles que la (bio)impression 3D, peuvent créer des opportunités pour développer des tissus et des dispositifs médicaux (par exemple, des valves cardiaques, des tissus cardiaques, entre autres) pour une implantation future et des microtissus artificiels (par exemple, un cœur sur puce, entre autres) pour la découverte de médicaments, le dépistage et la modélisation de la maladie.

• Communication orale 11 h 35
  Développement d’un substitut de valve cardiaque : comparaison de deux méthodes novatrices de biofabrication.
  Julie Fradette (Université Laval), Yvan Maciel (Université Laval), Jean Ruel (Université Laval), André Bégin-Drolet (Université Laval), Yannick Rioux (Université Laval), Vivianne Séguin (Université Laval)

  Chaque année, des milliers d'enfants subissent un remplacement de leur valve cardiaque défectueuse, mais les substituts actuels ne peuvent accommoder leur croissance. L'ingénierie tissulaire pourrait résoudre ce problème, mais reproduire l'anatomie d’une valve demeure un défi. Notre programme de recherche vise à développer une technique optimale de biofabrication de valves humaines cellularisées.

  Deux techniques de biofabrication de valves sans suture ont été développées pour reproduire un modèle de valve cardiaque pédiatrique. La première utilise le moulage d’un hydrogel d'alginate avec des moules imprimés en sucre vitrifié. La seconde utilise un moule constitué de pièces de plastique et aidant le remodelage d’une valve composée d’un gel de fibrine lors de sa maturation. Des valves cellularisées ont été fabriquées selon chaque méthode et cultivées 28 jours dans des bioréacteurs.

  Ces techniques ont montré une reproduction remarquable du modèle 3D de la valve. La maturation des tissus par les cellules a été favorisée dans le modèle de valve en fibrine, ce qui a permis d'améliorer significativement ses propriétés mécaniques. Ces dernières ont montré que les substituts étaient en bonne voie d’atteindre une résistance comparable à celle de valves porcines.

  Les substituts produits suggèrent que nos approches pourraient répondre aux défis de l'ingénierie de valves cardiaques pédiatriques. De futurs essais seront toutefois nécessaires pour valider leur fonctionnalité et durabilité.

Dîner

Bioimpression II

• Communication orale 13 h 15
  Bioimpression avec mousse protéique : du support structurel aux échafaudages bioactifs
  Ali Ahmadi (ÉTS - École de technologie supérieure)

  Dans cette présentation, je vais aborder l'utilisation des mousses protéiques dans les applications de bioimpression, en mettant en évidence leur rôle à la fois comme bio-encre et comme bain de support dans l'impression intégrée. Les bio-encre et bains de support à base de mousse protéique offrent des avantages considérables, notamment une meilleure imprimabilité, une facilité de retrait du bain, ainsi qu'une meilleure oxygénation et livraison de nutriments aux cellules intégrées. Cette approche permet de créer des structures complexes et libres avec une haute viabilité cellulaire, ce qui la rend idéale pour des applications en génie tissulaire, en cicatrisation des plaies et en biofabrication. La polyvalence des mousses protéiques dans la bioimpression ouvre de nouvelles perspectives pour le développement de modèles tissulaires fonctionnels de grande taille, avec de meilleures propriétés mécaniques et une stabilité prolongée.

• Communication orale 13 h 55
  Biomatériaux et technologies d'impression in-situ pour la régénération de la cornée
  Christos Boutopoulos (UdeM - Université de Montréal), May Griffith (UdeM - Université de Montréal)

  Dans cette présentation, nous aborderons les efforts conjoints pour développer des méthodes de réparation des blessures de la cornée grâce à la délivrance in-situ de biomatériaux régénératifs. La cornée humaine est transparente, permettant à la lumière d'entrer dans l'œil. Les blessures chroniques entraînent un blanchiment du tissu, bloquant la vision. De nombreuses blessures ont des bords irréguliers, nécessitant un nettoyage chirurgical. Cependant, dans plusieurs contextes (régions sous-développées du Canada, pays en développement, camps de réfugiés), cette intervention n'est pas toujours possible.

  Le laboratoire Griffith développe des biomatériaux injectables sans cellules capables de combler, sceller et favoriser la régénération in vivo, testés sur petits et grands animaux. Le laboratoire Boutopoulos conçoit des systèmes de délivrance, dont des bioprinters assistés par laser permettant la délivrance de gouttelettes nanolitriques, qui s'intercalent entre les couches de tissu pour réparer les blessures avec précision. L'incorporation de nanoparticules libérant des antibiotiques ou des peptides antimicrobiens peut améliorer la cicatrisation et prévenir l'aggravation des blessures.

• Communication orale 14 h 40
  Développement d'un fantôme en hydrogel chargé de cellules et imprimé en 3D pour l’évaluation des implants de curiethérapie oculaire
  Mahdokht Akbari Taemeh (Université Laval), Julie Bérubé (Université Laval), Marc-André Fortin (Université Laval), Solange Landreville (Université Laval), Sophie Lemay (Université Laval), Jenny Roy (Université Laval)

  Le mélanome uvéal (MU), la tumeur intraoculaire la plus fréquente chez l’adulte, est principalement traité par radiothérapie. Cependant, la radiosensibilité cellulaire variable engendre des hétérogénéités dans les résultats. Les radiobiologistes doivent considérer ces variations pour aider les physiciens médicaux à affiner le traitement. Dans cette étude, un hydrogel imprimé en 3D et enrichi en cellules a été conçu pour tester la radiosensibilité du MU à différentes radiations.

  L’hydrogel, composé de collagène-méthacrylate, d’alginate pré-réticulé et de Matrigel^®, a été réticulé avec du CaCl₂ et polymérisé sous UVA. La viabilité cellulaire des lignées Mel270, Mµ2, 92.1 et des fibroblastes stromaux choroïdiens (CSF) a été testée sur une période de 4 jours. Un modèle 3D a été fabriqué en imprimant un hydrogel avec des CSF sur un support hémisphérique poreux (fantôme de sclère) et en déposant un hydrogel avec des Mµ2 sur un support plat poreux (fantôme tumoral), puis en les assemblant. Le modèle a été exposé pendant 24h à une plaque de curiethérapie contenant des graines d’¹²⁵I (15 mCi).

  L’hydrogel a conservé son intégrité dans le milieu pendant 4 jours, et le modèle final pendant 2 jours, avec une viabilité cellulaire > 90 % dans toutes les conditions. L’irradiation a induit l’apoptose des cellules de MU sans affecter les cellules normales. Ce modèle est un outil radiobiologique prometteur pour tester la radiosensibilité du MU en 3D et optimiser les résultats thérapeutiques.

• Communication orale 14 h 55
  Impression 3D pour l’ophtalmologie : Développement de modèles oculaires biomimétiques à base d’hydrogel pour améliorer la formation ophtalmique
  Claudine Bellerive (Université Laval), Raquel Espino Lopez (Université Laval), Marc-André Fortin (Université Laval), Solange Landreville (Université Laval), Théophraste Lescot (Université Laval)

  La formation ophtalmique demande une haute précision, notamment pour les injections intraoculaires et les procédures guidées par ultrasons (US). Les modèles classiques souffrent de contraintes de disponibilité, reproductibilité et éthique. Cette étude propose une approche d’impression 3D pour créer des moules sur mesure, créant des fantômes oculaires (FO) réalistes pour la formation pratique.

  La technique d’impression 3D par moulage a été choisi pour sa reproductibilité de structures anatomiques complexes. Les moules ont été imprimés en acide polylactide (PLA) pour produire des FO (24 mm de diamètre) avec des structures clés: la sclère, le nerf optique et la chambre vitrée. Une solution d’alginate (Alg.) à 5 % réticulée avec des ions calcium (Ca²⁺) a été utilisée pour simuler la sclère et le nerf optique, et une solution d’Alg. à 3 % a imité l’humeur aqueuse. Les modèles ont été testés pour leur intégrité structurelle, performances en imagerie et leur faisabilité pour l’entraînement aux injections.

  Les moules en PLA garantissent une fabrication économique et reproductible des FO, avec une précision structurelle constante et des propriétés échogènes et IRM proches de l’œil humain. Cette étude montre l’impression 3D comme une méthode fiable et flexible pour produire des FO réalistes, optimisant la formation ophtalmique. De plus, ces fantômes peuvent être utilisés pour étudier la diffusion des nanoparticules dans l’œil, améliorant diagnostics et traitements.

• Communication orale 15 h 10
  Impression 3D coaxiale de tubes d’hydrogel conducteurs et poreux
  Ali Ahmadi (ÉTS - École de technologie supérieure), Sara Badr (ÉTS - École de technologie supérieure), Victoria Guittard (ÉTS - École de technologie supérieure)

  L’électronique souple est une alternative prometteuse aux systèmes rigides pour les interfaces bioélectroniques et tissulaires. Les hydrogels conducteurs se distinguent par leur biocompatibilité, leur flexibilité mécanique et leur similitude physicochimique avec les tissus biologiques. Toutefois, atteindre une haute sensibilité dans les capteurs à base d’hydrogel reste un défi.

  Nous supposons que le contrôle de la microstructure de l’hydrogel (micro- et macroscopique) améliore ses propriétés mécaniques et sa sensibilité par rapport aux fibres (~nm porosité). Dans cette étude, nous présentons des tubes d’hydrogel conducteurs et super macroporeux, fabriqués par impression 3D coaxiale. Le précurseur d’hydrogel conducteur poreux (alginate (ALG) et pyrrole (Py)), moussé mécaniquement (2000 tr/min, 120 s) avec un moussant (albumine), est extrudé sous forme de flux en gaine, tandis que le réticulant du coeur sacrificiel (CaCl₂ et persulfate d'ammonium) diffuse dans la gaine et initie la réticulation ionique de l’ALG ainsi que la polymérisation oxydative du PPy. La mousse sacrificielle s’effondre ensuite, laissant un noyau creux.

  Les résultats préliminaires montrent que les tubes poreux présentent une sensibilité (ΔR/R) 4× plus élevée et un allongement à la rupture accru de 54 % par rapport aux fibres. Ces tubes d’hydrogel conducteurs ouvrent de nouvelles perspectives pour les interfaces bioélectroniques et la biofabrication tissulaire.

• Communication orale 15 h 25
  Conception d’un dispositif de photopolymérisation pour bioimpression de GelMA
  Ali Ahmadi (ÉTS - École de technologie supérieure), Léo Audebert (ÉTS - École de technologie supérieure), Marie David (ÉTS - École de technologie supérieure), Aude Gigodot (ÉTS - École de technologie supérieure), Pakshid Hosseinzadeh (ÉTS - École de technologie supérieure), Sophie Lerouge (ÉTS - École de technologie supérieure)

  Les bio-encres jouent un rôle crucial dans l'avancement de la bio-impression 3D, une technologie clé en ingénierie tissulaire. Pour répondre aux besoins croissants de robustesse et de fidélité géométrique, de nouvelles formulations basées sur des réseaux interpénétrés de polymères (IPN) à base de gélatine méthacryloyle (GelMA) ont été développées. Ces bio-encres novatrices allient biocompatibilité et propriétés mécaniques renforcées, répondant ainsi aux contraintes d’imprimabilité sans bain de support. Cependant, des défis subsistent, notamment la solidification rapide et homogène des gels pendant l’impression. C’est dans ce contexte que ma recherche se concentre sur la conception d’un système innovant de photopolymérisation in situ. Intégré directement à l’aiguille d’un extrudeur, ce dispositif utilise la lumière visible pour solidifier les bio-encres IPN lors de leur extrusion. Cette approche vise à améliorer la qualité de l’impression, qu’il s’agisse de maintenir la stabilité des couches déposées ou d’assurer une polymérisation uniforme. En optimisant ces paramètres, ce système pourrait surmonter les limitations actuelles et contribuer à imprimer des structures complexes aux propriétés mécaniques et biologiques accrues. Ces travaux préliminaires jettent les bases pour le développement de technologies de bio-impression plus performantes, adaptées notamment à la régénération de tissus cartilagineux ou osseux.