Nouvelles stratégies de production de substituts cartilagineux par impression 3D pour la médecine régénératrice personnalisée

Introduction Actuellement, differentes options sont disponibles pour le traitement des lesions focales du cartilage mais restent dans la majorite des cas insatisfaisantes a long terme. C’est pourquoi la recherche s’oriente vers une nouvelle strategie basee sur l’impression 3D qui s’avere une veritable revolution en medecine regenerative pour faconner des tissus et des organes bio-imprimes a partir de cellules du patient. Notre objectif a ete de developper une nouvelle strategie de traitement des lesions focales cartilagineuses par ingenierie tissulaire a l’aide d’un procede d’impression 3D par bio-extrusion. Materiels et methodes Les substituts cartilagineux ont ete produits couche par couche a l’aide d’un procede d’impression 3D par bio-extrusion a partir d’une bio-encre a base d’alginate et de cellules souches mesenchymateuses (CSMs) issues de moelle osseuse humaine. Deux densites cellulaires ont ete testees : 1 et 2 millions de cellules/mL de bio-encre. Les substituts ont ete cultives durant 28 jours dans un milieu contenant de l’ITS (condition n’induisant pas la chondrogenese) supplemente ou non avec du TGF-s1 (10 ng/mL) pour induire la chondrogenese. L’expression des genes a ete analysee afin de caracteriser la differenciation chondrogenique (collagene de type 2 [COL2A1], agrecane [ACAN], SOX9, COMP) ; la differenciation fibrotique (versican [VCAN]) ; et la derive hypertrophique ou osteogenique (collagene de type 10 [COL10A1], RUNX2, phosphatase alcaline [ALP], osteocalcine [BGLAP]). La qualite de la matrice extracellulaire synthetisee a ete evaluee par histologie et immunohistochimie. Resultats Notre procede d’impression 3D par bio-extrusion nous a permis d’obtenir des substituts fonctionnels. Le facteur de croissance TGF-s1 a induit une importante surexpression des genes COL2A1, COL10A1, ACAN, SOX9 tandis que les marqueurs fibrotiques (VCAN) et osteogeniques (BGLAP, RUNX2) etaient faiblement surexprimes. La meilleure induction des genes chondrogeniques, COL2A1, ACAN, and SOX9, a ete observee avec la densite cellulaire de 1 million par mL. En histologie, contrairement a la condition ITS, une synthese matricielle riche en collagene de type II et de proteoglycannes a ete visualisee et d’autant plus avec la densite cellulaire d’un million/ml au sein des substituts produits par impression 3D traites par le TGF-s1. Les bases de production de substituts cartilagineux par un procede d’impression 3D par bio-extrusion ont pu ainsi etre etablies. Conclusion Cette technique additive s’avere une strategie tres prometteuse pour la medecine regeneratrice personnalisee des tissus stratifies tel que le cartilage. Ces travaux sont finances par la Direction Generale des Armees (No ANR-16-ASTR-0021), la fondation de l’avenir (No AP-RM-16-042), l’Universite de Lorraine et la Region Grand-Est.