Aperçu de l'ingénierie tissulaire
C'est là que l'ingénierie tissulaire est utile. En utilisant des biomatériaux (matières qui interagissent avec les systèmes biologiques du corps tels que les cellules et les molécules actives), des tissus fonctionnels peuvent être créés pour aider à restaurer, réparer ou remplacer les tissus et organes humains endommagés..
Une histoire brève
L'ingénierie tissulaire est un domaine relativement nouveau de la médecine, les recherches ne commençant que dans les années 1980. Un bioingénieur et scientifique américain nommé Yuan-Cheng Fung a soumis une proposition à la National Science Foundation (NSF) concernant la création d'un centre de recherche sur les tissus vivants. Fung a pris le concept de tissu humain et l'a élargi pour l'appliquer à tout organisme vivant situé entre les cellules et les organes.Sur la base de cette proposition, la NSF a qualifié le terme «ingénierie tissulaire» dans le but de former un nouveau domaine de recherche scientifique. Cela a conduit à la formation de la Société d'ingénierie tissulaire (TES), qui est devenue plus tard la Société internationale d'ingénierie tissulaire et de médecine régénératrice (TERMIS).
TERMIS encourage à la fois l’éducation et la recherche dans les domaines de l’ingénierie tissulaire et de la médecine régénérative. La médecine régénérative fait référence à un domaine plus vaste qui met l’accent sur l’ingénierie tissulaire ainsi que sur la capacité du corps humain à se soigner lui-même afin de restaurer une fonction normale des tissus, des organes et des cellules humaines..
But de l'ingénierie tissulaire
En médecine et dans la recherche, le génie tissulaire remplit quelques fonctions principales: la réparation des tissus ou des organes, y compris la réparation osseuse (tissu calcifié), le tissu cartilagineux, le tissu cardiaque, le tissu pancréatique et le tissu vasculaire. Le domaine mène également des recherches sur le comportement des cellules souches. Les cellules souches peuvent se transformer en de nombreux types de cellules et peuvent aider à réparer les zones du corps.Le domaine de l'ingénierie tissulaire permet aux chercheurs de créer des modèles pour étudier diverses maladies, telles que le cancer et les maladies cardiaques..
La nature 3D de l'ingénierie tissulaire permet d'étudier l'architecture tumorale dans un environnement plus précis. L'ingénierie tissulaire fournit également un environnement permettant de tester de nouveaux médicaments potentiels sur ces maladies.
Comment ça marche
Le processus d'ingénierie tissulaire est complexe. Cela implique la formation d'un tissu fonctionnel 3D pour aider à réparer, remplacer et régénérer un tissu ou un organe du corps. Pour ce faire, les cellules et les biomolécules sont combinées avec des échafaudages.Les échafaudages sont des structures artificielles ou naturelles qui imitent des organes réels (tels que les reins ou le foie). Le tissu se développe sur ces échafaudages pour imiter le processus biologique ou la structure à remplacer. Lorsque ceux-ci sont construits ensemble, de nouveaux tissus sont conçus pour reproduire l'état de l'ancien tissu lorsqu'il n'était pas endommagé ou malade..
Échafaudages, cellules et biomolécules
Les échafaudages, qui sont normalement créés par des cellules du corps, peuvent être construits à partir de sources telles que des protéines dans le corps, des plastiques synthétiques ou un échafaudage existant, tel qu'un organe d'un donneur. Dans le cas d'un organe donneur, l'échafaudage serait combiné à des cellules du patient afin de fabriquer des organes ou des tissus personnalisables susceptibles d'être rejetés par le système immunitaire du patient..Quelle que soit la manière dont elle est formée, c'est cette structure d'échafaudage qui envoie des messages aux cellules qui aide à soutenir et à optimiser les fonctions cellulaires dans le corps..
Choisir les bonnes cellules est une partie importante de l'ingénierie tissulaire. Il existe deux principaux types de cellules souches.
Deux principaux types de cellules souches
- Cellules souches embryonnaires: proviennent d'embryons, généralement d'œufs fécondés in vitro (hors du corps).
- Cellules souches adultes: trouvés dans le corps parmi les cellules régulières-ils peuvent se multiplier par division cellulaire pour reconstituer les cellules et le tissu en train de mourir.
Globalement, les biomolécules comprennent quatre classes principales (bien qu'il existe également des classes secondaires): les glucides, les lipides, les protéines et les acides nucléiques. Ces biomolécules aident à constituer la structure et la fonction des cellules. Les glucides aident les organes comme le cerveau et le cœur à fonctionner, ainsi que les systèmes fonctionnant comme les systèmes digestif et immunitaire.
Les protéines fournissent des anticorps contre les germes, ainsi qu'un soutien structurel et des mouvements corporels. Les acides nucléiques contiennent de l'ADN et de l'ARN, donnant des informations génétiques aux cellules.
Usage médical
L'ingénierie tissulaire n'est pas largement utilisée pour les soins ou le traitement des patients. Quelques cas ont utilisé l'ingénierie tissulaire dans les greffes de peau, la réparation du cartilage, les petites artères et les vessies chez les patients. Cependant, les plus gros organes fabriqués par les tissus, comme le cœur, les poumons et le foie, n'ont pas encore été utilisés chez les patients (bien qu'ils aient été créés en laboratoire)..Outre le facteur de risque lié à l'utilisation de l'ingénierie tissulaire chez les patients, les procédures sont extrêmement coûteuses. Bien que l’ingénierie tissulaire soit utile pour la recherche médicale, en particulier lors de l’essai de nouvelles formulations de médicaments.
L'utilisation de tissus vivants fonctionnant dans un environnement autre que le corps aide les chercheurs à obtenir des résultats positifs en médecine personnalisée..
La médecine personnalisée aide à déterminer si certains médicaments fonctionnent mieux pour certains patients en fonction de leur constitution génétique, tout en réduisant les coûts de développement et de tests sur les animaux..
Exemples d'ingénierie tissulaire
Un exemple récent d'ingénierie tissulaire réalisé par l'Institut national d'imagerie biomédicale et de bioingénierie comprend l'ingénierie d'un tissu hépatique humain qui est ensuite implanté chez une souris..Comme la souris utilise son propre foie, le tissu hépatique humain métabolise les médicaments, imitant ainsi la réaction des humains à certains médicaments contenus dans la souris. Cela aide les chercheurs à voir les interactions médicamenteuses possibles avec certains médicaments..Dans le but de créer des tissus avec un réseau intégré, les chercheurs testent une imprimante capable de créer un réseau de type vasculaire à partir d'une solution de sucre. La solution se formerait et se durcirait dans les tissus modifiés jusqu'à ce que du sang soit ajouté au processus, passant par les canaux artificiels..
Enfin, la régénération des reins d'un patient à l'aide de ses propres cellules est un autre projet de l'Institut. Les chercheurs ont utilisé des cellules d'organes de donneurs pour les combiner à des biomolécules et à un échafaudage de collagène (provenant de l'organe du donneur) afin de former un nouveau tissu rénal..
Ce tissu a ensuite été testé pour son fonctionnement (en absorbant les nutriments et en produisant de l'urine) à la fois à l'extérieur et à l'intérieur des rats. Les progrès dans ce domaine de l'ingénierie tissulaire (qui peut également fonctionner de manière similaire pour des organes comme le cœur, le foie et les poumons) pourraient contribuer à réduire les pénuries de donneurs et à réduire les maladies associées à l'immunosuppression chez les patients transplantés d'organes..
Comment cela se rapporte au cancer
La croissance tumorale métastatique est l'une des raisons pour lesquelles le cancer est une cause majeure de décès. Avant l'ingénierie tissulaire, les environnements tumoraux ne pouvaient être créés qu'en dehors du corps sous forme 2D. Aujourd'hui, les environnements 3D, ainsi que le développement et l'utilisation de certains biomatériaux (comme le collagène), permettent aux chercheurs d'analyser l'environnement d'une tumeur jusqu'au microenvironnement de certaines cellules pour voir ce qu'il advient de la maladie lorsque certaines compositions chimiques des cellules sont modifiées..De cette manière, l’ingénierie tissulaire aide les chercheurs à comprendre à la fois la progression du cancer et les effets potentiels de certaines approches thérapeutiques sur les patients atteints du même type de cancer..
Bien que des progrès aient été réalisés dans l’étude du cancer grâce à l’ingénierie tissulaire, la croissance tumorale peut souvent entraîner la formation de nouveaux vaisseaux sanguins. Cela signifie que même avec les progrès réalisés par l'ingénierie tissulaire dans la recherche sur le cancer, il peut exister des limitations qui ne peuvent être éliminées qu'en implantant le tissu fabriqué dans un organisme vivant..
Cependant, avec le cancer, l’ingénierie tissulaire peut aider à déterminer comment se forment ces tumeurs, à quoi devraient ressembler les interactions cellulaires normales et comment les cellules cancéreuses se développent et se métastasent. Cela aide les chercheurs à tester des médicaments qui n'affecteront que les cellules cancéreuses, par opposition à l'organe ou au corps entier..
Nouveaux moyens pour les biomatériaux de changer les soins de santé
