https://youtu.be/AvQQAGRGhSk

Chaque année, de nombreux patients décèdent faute de ne pouvoir recourir à une transplantation d’organes vitaux. Les dons d’organe restent en effet bien en deça de la demande. Mais voici un outil, l’imprimante 3D, qui pourrait bien redonner espoir. Imprimer en trois dimensions un rein, un coeur, ou un foie… L’idée semble relever de la science-fiction, et pourtant, ce procédé permet de produire des tissus des muscles et des poumons, à partir de l’impression d’une fine pâte comtenant des cellules humaines. Cette technique, aussi prometteuse pour les tranplantations que pour les tests de nouveaux médicaments, a été mise au point par une équipe de chercheurs de San Diego, en Californie. Leur start-up, baptisée Organovo, dispose de l’une des premières bio-imprimantes au monde. Les voilà donc aptes à reproduire des tissus musculaires humains, qu’on distingue à peine de ceux qu’on prélève sur le corps humain. « En fait elle imprime du matériel grâce à ces deux têtes, explique le directeur d’Organovo Keith Murphy. On a d’un côté les cellules… et de l’autre du gel…on a une précision de 20 microns…… Ainsi vous imprimez des cellules, elles se joignent alors en 3 dimensions pour créer un morceau de tissu. » La synthèse de tissus humains a lieu derrièredans un espace stérile où travaillent une trentaine d’ingénieurs et de biologistes. L’encre est extraite de cellules souches, prélevées sur des tissus adipeux ou de la moelle osseuse. Elles sont ensuite éises en culture, car il en faut des millions pour créer ne serait-ce qu’un millimètre de tissu. Les cellules sont assemblées en différentes couches, elle vont ensuite grandir et d’interagir de manière à former un tissu musculaire fonctionnel, vivant, et semblable à celui du corps humain. L’impression se limite pour l’instant aux muscles cardiaques, poumons et vaisseaux sanguins. Le coeur et le le fois n’ont pas encore fait l’objet d’expérimentations. « Si vous n’avez pas la capacité de créer des vaisseaux sanguins alors vous êtes limités dans ce que vous pouvez faire, reprend Keith Murphy. Pour l’instant on ne peut travailler que sur des surfaces millimétriques. Mais le jour où on pourra imprimer un réseau sanguin sur une surface plus large alors on pourra travailler des tissus plus grands. » Le point fort de cette médecine régénérative, c’est que le risque de rejet par le patient est nul, puisque les cellules sont prélevées sur son corps. Cette technologie ambitionne, à terme, de répondre à la pénurie d’organes vitaux, « C’est très difficile de dire combien de temps cela prendra, évidemment il y encore d’énormes recherches à faire, mais aussi des expérimentations, et des études cliniques, et tout cela prendra du temps », avance le vice-président d’Organovo Michael Renard. Cette technologie intéresse vivement l’industrie pharmaceutique. De nombreux tests de nouveaux médicaments, effectués sur les animaux, ne produisent pas du tout les mêmes effets une fois testés sur des cobayes humains. Les animaux diffèrent en effet du tissu humain. Mais la perspective de remédier au déficit d’rganes vitaux en vue des tranplantatin est également très prometteuse. Reste à la start up de pouvoir aboutir à la synthèse d’organes complets.

https://youtu.be/s9t2ZNn43LI

Les démonstrations de créations d’objets grâce à l’impression 3D sont impressionnantes. Mais parfois, les choses peuvent prendre un peu trop de temps. Une start-up australienne fait passer l’impression 3D à la vitesse supérieure grâce à une technique révolutionnaire.

Un bain de résine. Voici la solution pour laquelle Gizmo 3D, start-up australienne spécialisée dans cette nouvelle technologie, a choisi d’opter. Résultat : il faut désormais 6 minutes pour fabriquer un objet de 30 mm. Une performance encore jamais atteinte que la start-up déclare pouvoir assurer

 

La technique de Gizmo 3D repose en réalité sur la solidification des photopolymères liquides passés sous la lumière de projecteurs. Plus besoin d’empiler des couches de matières, les pièces sortent d’un seul bloc du liquide pour se solidifier quasiment instantanément. Quatre imprimantes Gizmo 3D sont actuellement testées en version beta. Une campagne Kickstarter doit aussi être organisée au mois de septembre pour proposer trois modèles de tailles différentes d’imprimantes. Côté prix, il faudra compter

 

entre 2 500 et 6 000 dollars pour prendre possession d’une de ces machines.

D’autres start-up et spécialistes du secteur s’appuient sur ce processus actuellement pour proposer une alternative plus rapide à l’impression 3D. Mais Gizmo 3D, vidéos à l’appui, insiste sur un point : sa technique est la plus rapide au monde.

 

https://youtu.be/h9OBbsLYGOE

Il y a plus de 15 ans Luc Besson met en scène un 23^e siècle futuriste. Voitures volantes, navettes spatiales… réplicateur biologique. A partir d’un fragment de son corps, l’héroïne Leelo est entièrement synthétisée. Fantasme d’adolescent amoureux de science-fiction nous étions-nous exclamés. Et pourtant… La bio-impression est déjà parmi nous.

Utiliser des cellules pour imprimer en 3D, c’est possible

Vers la fin des années 1990 la bio-impression pointe déjà le bout de son nez. Des scientifiques de l’institut de médecine regénérative de Wake Forest parviennent ainsi à synthétiser les blocs de construction nécessaires à la culture d’une vessie humaine. Puis, vers le début des années 2000 Thomas Boland, bioingénieur à l’université de Clemson, réussit à modifier les imprimantes à jet d’encre pour fabriquer des objets en 3D à base d’encre biologique. En 2007 est fondée une des premières entreprises spécialisée dans la bio-impression : Organovo. Grâce à son imprimante biologique NovoGen MMX, l’entreprise est maintenant en mesure de fabriquer un tissu organique en 3D. Cette PME de 30 personnes est aujourd’hui valorisée sur la bourse à “seulement” 700 millions de dollars. Prothèses de membres, de crânes, organes… les expérimentations se multiplient à toute vitesse flirtant avec les limites toujours plus grandes d’une imagination dont les frontières sont constamment repoussées. La conquête de l’impression biologique a bien débutée, menée par des pionniers que sont les entreprises comme Organova qui se concentrent sur l’impression biologique et les chercheurs universitaires comme Dr. Anthony Atala.

Passer de l’impression 3D d’un objet à un organe fonctionnel semble constituer un pas de géant. Les procédés en jeu sont pourtant quasiment similaires : les imprimantes 3D utilisent des cartouches et des têtes d’impression qui projettent de l’encre couche par couche sur un support. A quelques détails clés près…

1. Un organe est spécifique à chaque individu

Dans un processus “classique” d’impression 3D l’objet est modélisé via un logiciel. Ce processus est-il transposable à des organes dont il faut appréhender la complexité et les spécificités propres à chaque individu? Pour contourner cette contrainte des chercheurs de l’université de Louisville ont réussi à exploiter le scan du coeur d’un jeune garçon. Des sites webs comme Instructables proposent d’ailleurs des tutoriaux décrivant la méthode à utiliser pour convertir un scan en modèle 3D imprimable. Chercheurs et ingénieurs sont donc désormais en mesure d’exploiter un scan ou une IRM pour le traduire en modèle utilisable par l’imprimante 3D. Comment l’organe est-il alors fabriquer couche par couche ?

2. Il existe différentes techniques d’impression

Les expérimentations menées à l’université de Wake Forest se sont inspirées de l’imprimante à jet d’encre classique pour concevoir un dispositif utilisant une bio-encre. Lors des premiers essais, les cellules étaient placées dans de véritables cartouches d’imprimante, puis l’imprimante était programmée pour disposer les cellules dans un ordre prédéfini. Aujourd’hui, l’université a optimisé sa technologie et expérimente l’impression de cellules de peau directement sur des blessures. Cartilage, os, cornée… les applications sont nombreuses.

A l’institut d’innovation cardiovasculaire de l’université de Louisville, le docteur Stuart Williams s’inspire du processus de fabrication… d’un avion. Le cœur n’est pas synthétisé from scratch mais assemblé. Chaque “pièce” maîtresse : les valves, les vaisseaux sanguins, le système nerveux… est construite puis déposée à sa place. Plutôt que de construire un tissu par couches successives comme dans un processus lambda d’impression 3D, un robot à 6 axes d’impression synthétise en parallèle plusieurs fragments du muscle cardiaque.

Enfin, l’imprimeur biologique NovoGen MMX utilise deux têtes d’impression. La première agence des couches cellulaires. La seconde sépare les couches via un hydrogel pour homogénéiser le tissu. Les cellules sont ensuite fusionnées dans un incubateur grâce à du collagène, à la suite de quoi elles commencent à “travailler” ensemble comme un vrai organe. Le tissu humain est donc fabriqué par impression d’un matériau à base de gel, qui crée une structure dans laquelle sont injectées les cellules, qui peuvent alors se développer. Cette technologie permet de concevoir des tissus organiques d’une grande stabilité cellulaire. Ces derniers s’avèrent plus performants que ceux d’origine animale utilisés habituellement. Toutefois, cette technique pose quelques difficultés car les tissus doivent être continuellement alimentés en sang pour rester vivants, ce que ne permet pas par défaut l’imprimante.

 3. Le recours à des bio-encres et des cellules souches

Et si l’utilisation de cellules souches comme matière première constituait un autre pas de géant? Ces dernières sont pluripotentes. Autrement dit, elles sont en mesure de se différencier pour se spécialiser en cellules osseuses, cardiaques…

Alan Faulkner-Jones et son équipe ont exploité cette aptitude et développé une imprimante alimentée par de la bio-encre constituée de cellules souches immergées dans un milieu cellulaire. En superposant deux couches de minuscules gouttelettes contenant des cellules souches et le milieu cellulaire, les chercheurs se sont aperçus, 24 heures après l’impression, que 95% des cellules étaient encore vivantes. Trois jours plus tard 89% des cellules étaient vivantes et toujours pluripotentes. D’autre part elles ouvrent la voie vers une médecine régénérative. Les chercheurs de l’université de Nottingham au Royaume-Uni ont ainsi expérimenté le remplacement d’os en pleine croissance. Ces derniers sont enduits de cellules souches qui se transforment en tissu avec le temps.

Et si dans 10 ou 20 ans l’articulation de votre genou était usée et que vous souffriez d’arthrose ? Et si dans ce futur, les docteurs étaient en mesure de scanner votre jambe et de bioimprimer une articulation en titane parfaitement identique à l’originale ? S’ils pouvaient bioimprimer et remplacer vos ligaments en utilisant un échantillon de vos propres cellules ? Un futur qui se rapproche et semble atteignable mais dont le chemin est encore pavé d’embûches.

Un scénario prospectif de disruption de la santé

La plupart des organes imprimés jusqu’ici ne sont pas fonctionnels ou survivent quelques jours. Une équipe de bioingénieurs de l’université de Cornell est parvenue à créer une oreille à partir de cellules vivantes en 2013. Le rein d’Organovo a fonctionné pendant 40 jours.  Des chercheurs chinois développent également des reins mais la durée de vie est pour l’instant limitée à 4 mois.

Les avancées sont prometteuses et les recherches nombreuses car les enjeux sont énormes. La technologie a le potentiel de révolutionner le marché de la santé et particulièrement le secteur pharmaceutique en résolvant un enjeu clé : disrupter le long et dispendieux processus de recherche et développement de nouveaux traitements. Les coûts de recherche et développement de nouvelles thérapies évoluent sur une courbe ascendante depuis plusieurs années, faisant parallèlement diminuer constamment les ROI. A tel point que certaines compagnies réduisent voire suppriment leurs départements de recherche pour les outsourcer. Les champions de la bioimpression tels qu’Organovo ou le Docteur Atala travaillent à développer des plateformes en mesure de bioproduire des tissus humains fonctionnels qui trouveraient leur application dans les tests médicaux. Quels sont les scénarios envisagés ?

https://youtu.be/UIFyAOD_E3E

Connaître la fraîcheur des aliments que vous vous apprêtez à manger, la composition des médicaments que vous gobez ou des plantes que vous faites pousser, ce sera bientôt possible avec le SCiO, un analyseur moléculaire de poche mis au point par des chercheurs israéliens qui agite le petit monde du financement participatif sur Kickstarter. Si l'efficacité de l'appareil est avérée, il pourrait s'agir de l'une des prochaines révolutions numériques.
 

Les analyseurs moléculaires et autres spectromètres sont des outils de base de tout laboratoire de recherche. Ils permettent de connaître, entre autres informations, la composition d'à peu près tout ce qu'on leur fait analyser. Ils sont généralement de taille équivalente à un bon gros PC de bureau et coûtent plusieurs milliers d'euros. Toutefois, des chercheurs israéliens de l'entreprise Consumer Physics ont décidé de porter ces technologies dans la sphère grand public en les miniaturisant pour les intégrer dans un analyseur de poche. Son nom : SCiO (que l'on peut associer au verbe latin scio, "je sais", mais aussi savoir, connaissance). Il se veut, d'un point de vue geeko-fantasmatique, la concrétisation du fameux tricorder de Star Trek.   

D'après ses concepteurs, le SCiO, dont le prototype affiche les mensurations d'une lampe de poche compacte, peut analyser tout ce qui nous entoure et apporter des informations complètes sur la composition d'aliments, de plantes, de médicaments... Le fonctionnement de l'appareil est fondé sur la bio-résonance. Une lumière frappe un objet à analyser et un mini-spectromètre à infrarouge analyse les molécules excitées de l'objet pour en extraire des informations à partir de leur empreinte chimique unique.  pAd Options

Chaque molécule réagissant différemment et de manière connue à ce type de stimulation, l'analyse est annoncée comme sûre à 100 % pour toute substance présente à un ratio d'au moins 1 % dans un objet. Il est toutefois possible de détecter certaines molécules présentes à seulement 0,1 %. Le spectre lumineux utilisé n'est pas dangereux pour les yeux (norme IEC 62471, au même titre que des lampes Led). 

Le projet SCiO, dans sa version finale espérée, se présente sous la forme d'une petite clé : elle communique via Bluetooth 4.0 à un smartphone Android/iOS les informations tirées des objets scannés et se recharge par port micro USB (autonomie de 200 analyses environ). Les informations finales s'affichent sous forme de relevés, allant de la stricte composition d'une tranche de fromage, d'un légume, d'un médicament, à leur taux de graisses, d'hygrométrie ou de fraîcheur et, bien sûr, au nombre de calories associées. Toutefois, les données ne sont pas analysées comme par magie.

À chaque utilisation, le SCiO communique les résultats de son scan à l'application liée sur le smartphone, lequel interroge ensuite la gigantesque banque de données de Consumer Physics, qui interprète les informations et rend son verdict le plus précisément possible.
L'opération dure en moyenne 5 secondes entre le pointage et la réception du résultat sur son mobile. L'utilisateur doit se trouver à une distance comprise entre 5 et 20 mm de la cible et le rayon pénètre à une profondeur de 2 à 3 mm sous la surface d'un objet en fonction de sa constitution. Il est possible d'analyser des aliments, vêtements ou autres objets emballés, l'efficacité du SCiO étant alors tributaire du degré d'opacité de l'emballage qui permettra ou non au rayon de faire son office. Dans ce cas, d'ailleurs, le système peut faire la différence entre le contenant et le contenu, au même titre qu'il peut, selon Consumer Physics, séparer parfaitement les éléments constituants d'une soupe ou d'une crème. Attention, le SCiO n'est en aucun cas un outil médical — en tout cas pas sous cette forme — et ne peut prévaloir contre un appareil dédié aux détections d'allergènes et autre gluten. En effet, la surface couverte par le SCiO ne permet pas, par exemple, d'analyser 100 % d'un plat, sauf à vouloir passer chaque bouchée au spectromètre.
 

La base de données ne couvrant pas, fort logiquement, tout ce que la planète peut abriter comme informations chimiques, le système peut interpréter au mieux le résultat ou, en cas d'échec, peut être complété par l'utilisateur si celui-ci connaît l'élément analyser. Ce dernier point impose une vérification avant validation et engage le sérieux des utilisateurs, mais la société israélienne ne s'étend pas encore sur ce sujet. 

À terme, on imagine aisément que ce type de capteur puisse être intégré dans un smartphone, voire tout smartphone. Cela semble être une évolution logique et surtout le point culminant de la mode des capteurs tous azimuts qu'on trouve depuis quelques mois dans les bracelets, les montres et autres téléphones mobiles intelligents. 

Les créateurs du SCiO ne cachent pas non plus ambitionner une possible cartographie progressive du monde physique grâce à leur technologie. Cela pose, du coup, la question de la destination finale de la somme potentiellement colossale d'informations que les futurs utilisateurs du SCiO vont pouvoir emmagasiner dans la base de données de Consumer Physics. Pour le moment, l'entreprise indique qu'elle conservera bien toutes les données captées par ses analyseurs sans que ces informations transitent vers un client tiers, "sauf si l'utilisateur l'accepte"...
 

Le spectromètre de poche SCiO devrait débarquer en début d'année 2015. Sa campagne de financement participatif sur Kickstarter a déjà récolté plus de 1,9 million de dollars en à peine un mois, pour un objectif initial de 200 000 $. Il est encore possible de soutenir financièrement le projet, ou de participer à hauteur de 299 $ minimum pour recevoir l'appareil lorsqu'il sera finalisé (voire 199 $ en kit avec une coque à réaliser soi-même en impression 3D). Le SCiO sera accompagné de son application principale pour Android et iOS, permettant d'afficher les résultat d'analyses, mais Consumer Physics compte déjà plusieurs développeurs partenaires en vue de mettre au point des applications tierces plus poussées et/ou thématiques.

Alors, révolution que le SCiO ? Il est encore trop tôt pour en juger, mais nous le constaterons sans doute dès l'an prochain. Si ce petit objet se révèle fonctionner aussi bien que Consumer Physics nous l'annonce, il pourrait bel et bien bouleverser de nombreux usages : alimentation bien sûr, mais aussi fouilles archéologiques, enquêtes où les policiers de terrains se font "Experts"... Il pourrait également propulser de manière exceptionnelle de nouveaux champs de recherche, comme ont pu le faire certains outils numériques qui ont pulvérisé le coût d'une technologie et modifié un ou plusieurs secteurs, Kinect et Oculus Rift en tête. Sauf qu'ici, le champ d'application du SCiO, aussi bien grand public que professionnel, est autrement plus large et engageant. On a fortement envie d'y croire.

On sait que les ingénieurs savent aujourd’hui fabriquer des objets inertes en polymères à partir d’une imprimante 3D couplée à un ordinateur. Mais est-il possible d’imprimer de la même façon des cellules vivantes, à la fois plus molles, plus fragiles et qui doivent nécessairement communiquer entre elles pour constituer un tissu biologique fonctionnel ? Il semble bien que oui. Ainsi, à Bordeaux, une équipe du laboratoire de bio-ingénierie tissulaire (Inserm-Université de Bordeaux) dirigée par Joëlle Amédée et Fabien Guillemot vient de réussir à imprimer un fragment de peau à partir de différents types de cellules humaines cultivées in vitro.

De l’« encre biologique »

La technique utilise une imprimante 3D, d’où « l’encre biologique » constituée de cellules vivantes en suspension dans un liquide et préparée dans une cartouche, est expulsée par une impulsion laser. Cette substance contient différents types de cellules : des fibroblastes, qui assurent la cohérence et la souplesse du derme, des kératinocytes et des mélanocytes qui constituent l’épiderme. Bientôt figureront aussi les cellules endothéliales qui, soudées entre elles, formeront les vaisseaux sanguins, indispensables pour que le tissu vive.

10 000 gouttelettes par seconde

Contrairement aux bio-imprimantes plus grossières dont l’encre sort par une seringue ou par un procédé thermique, l’imprimante 3D par laser est plus rapide et offre une meilleure résolution. « Chaque impulsion laser engendre une microgouttelette contenant les cellules à raison de 10 000 gouttelettes par seconde, explique Fabien Guillemot. Le dispositif de balayage optique permet la formation de motifs complexes, en forme de cercles, d’étoiles ou d’alignements », poursuit-il.

Une machine d’un coût estimé à 300 000 à 400 000 euros

Après un premier prototype, les ingénieurs du Centre de Recherche Technologique Alphanov (Bordeaux) ont fabriqué une machine pilote plus rapide que celles déjà existantes, ce qui fait que les cellules imprimées restent viables et, dans le cas d’impression de cellules souches adultes, qu’elles peuvent se différencier. Une machine dont le coût est estimé à 300 000-400 000 euros et qui a fait l’objet de dépôt de brevets.

10 minutes pour imprimer 1 cm2 de peau

Pour l’heure, les chercheurs bordelais ont réussi à imprimer un fragment de peau et devraient bientôt faire de même avec de la cornée. En 2010, ce laboratoire a réussi à bio-imprimer directement des cellules osseuses sur le crâne lésé d’une souris anesthésiée. « À terme, on peut imaginer bio-imprimer directement par exemple sur le bras d’un grand brûlé, explique Fabien Guillemot. En effet, il faut 10 minutes pour imprimer 1 cm2 de peau, telle qu’on sait la faire aujourd’hui, c’est-à-dire sans innervation, ni glandes sudoripares et sébacées, ni poils », précise-t-il.

Bientôt des greffons antirejet

Les tissus bio-imprimés étant fabriqués à partir des cellules du patient, on pourra produire des greffons antirejet pour la médecine régénératrice personnalisée. Dans un premier temps, toutefois, ces tissus serviront à tester les nouveaux médicaments et cosmétiques. Cela permettra, d’une part, d’éviter de sacrifier des animaux de laboratoire, et d’autre part, de mieux mesurer leur toxicité éventuelle, leurs effets étant souvent différents entre l’animal et l’homme. À terme, cette technologie ambitionne de répondre aux pénuries d’organes à greffer. L’équipe de Bordeaux entame des travaux pour bio-imprimer le glomérule du rein, la partie la plus sophistiquée du rein.

Vers un homme « augmenté » ?

Enfin, la bio-impression ne sera pas sans poser de question éthique. « Quand les chercheurs sauront créer des tissus fonctionnels personnalisés, ils seront alors capables de fabriquer des tissus améliorés. On sera alors tenté de faire un surhomme, un homme augmenté, ce que veulent les tenants du transhumanisme », alerte Fabien Guillemot.

Denis Sergent