Quand pourrons-nous imprimer des organes en 3D et qui pourra se les payer

Et même si les donneurs vivants sont une option, “opérer sur quelqu’un qui n’en a pas besoin” est un gros risque, a déclaré le Dr Anthony Atala, directeur du Wake Forest Institute for Regenerative Medicine. “Ainsi, les donneurs apparentés vivants ne sont généralement pas la voie à suivre, car vous prélevez alors un organe à quelqu’un d’autre qui pourrait en avoir besoin, surtout maintenant que nous vieillissons plus longtemps.”

Chaque jour, 17 personnes meurent en attendant une greffe d’organe, selon la Health Resources & Services Administration. Et toutes les neuf minutes, une autre personne est ajoutée à la liste d’attente, indique l’agence. Plus de 90 % des personnes inscrites sur la liste des greffes en 2021 avaient besoin d’un rein.

“Environ un million de personnes dans le monde ont besoin d’un rein. Elles souffrent donc d’insuffisance rénale terminale et doivent suivre une dialyse”, a déclaré Lewis. “Une fois que vous êtes sous dialyse, vous avez essentiellement cinq ans à vivre, et chaque année, votre taux de mortalité augmente de 15%. La dialyse est très dure pour votre corps. C’est donc vraiment motivant de relever ce grand défi de l’impression d’organes. ”

“Il n’y a aucune raison pratique pour que quelqu’un qui a besoin d’un rein – ou d’un poumon, d’un cœur, d’un foie – ne puisse pas en obtenir un”, a-t-elle ajouté. “Nous utilisons la technologie pour résoudre ce problème.”

Organes d’impression 101

Pour commencer le processus de bio-impression d’un organe, les médecins commencent généralement avec les propres cellules d’un patient. Ils prennent une petite biopsie à l’aiguille d’un organe ou pratiquent une intervention chirurgicale peu invasive qui enlève un petit morceau de tissu, “moins de la moitié de la taille d’un timbre-poste”, a déclaré Atala. “En prenant ce petit morceau de tissu, nous sommes capables de séparer les cellules (et) nous développons et étendons les cellules à l’extérieur du corps.”

Cette croissance se produit à l’intérieur d’un incubateur stérile ou d’un bioréacteur, un récipient en acier inoxydable sous pression qui aide les cellules à rester nourries de nutriments – appelés “médias” – les médecins les nourrissent toutes les 24 heures, car les cellules ont leur propre métabolisme, a déclaré Lewis. Chaque type de cellule a un milieu différent, et l’incubateur ou le bioréacteur agit comme un dispositif semblable à un four imitant la température interne et l’oxygénation du corps humain, a déclaré Atala.

“Ensuite, nous le mélangeons avec ce gel, qui est comme une colle”, a déclaré Atala. “Chaque organe de votre corps a les cellules et la colle qui le maintient ensemble. Fondamentalement, cela s’appelle aussi” matrice extracellulaire “. ”

Cette colle est le surnom d’Atala pour bioink, un mélange imprimable de cellules vivantes, de molécules riches en eau appelées hydrogels, et des médias et facteurs de croissance qui aident les cellules à continuer à proliférer et à se différencier, a déclaré Lewis. Les hydrogels imitent la matrice extracellulaire du corps humain, qui contient des substances telles que des protéines, du collagène et de l’acide hyaluronique.

La partie échantillon non cellulaire de la colle peut être fabriquée en laboratoire et “aura les mêmes propriétés que le tissu que vous essayez de remplacer”, a déclaré Atala.

Les biomatériaux utilisés doivent généralement être non toxiques, biodégradables et biocompatibles pour éviter une réponse immunitaire négative, a déclaré Lewis. Le collagène et la gélatine sont deux des biomatériaux les plus couramment utilisés pour la bioimpression de tissus ou d’organes.

Le processus d’impression

À partir de là, les médecins chargent chaque bioencre – en fonction du nombre de types de cellules qu’ils souhaitent imprimer – dans une chambre d’impression, “en utilisant une tête d’impression et une buse pour extruder une encre et construire le matériau couche par couche”, a déclaré Lewis. . La création de tissus aux propriétés personnalisées est rendue possible par la programmation d’imprimantes avec les données d’imagerie d’un patient à partir de rayons X ou de scans, a déclaré Atala.

“Avec une imprimante couleur, vous avez plusieurs cartouches différentes, et chaque cartouche imprime une couleur différente, et vous choisissez votre couleur (finale)”, a ajouté Atala. La bio-impression est la même; vous utilisez simplement des cellules au lieu d’encres traditionnelles.

La durée du processus d’impression dépend de plusieurs facteurs, notamment l’organe ou le tissu imprimé, la finesse de la résolution et le nombre de têtes d’impression nécessaires, a déclaré Lewis. Mais cela dure généralement quelques à plusieurs heures. Le temps de la biopsie à l’implantation est d’environ quatre à six semaines, a déclaré Atala.

Le défi ultime est “d’amener les organes à fonctionner comme ils le devraient”, donc accomplir cela “est le Saint Graal”, a déclaré Lewis.

“Tout comme si vous préleviez un organe sur un donneur, vous devez immédiatement mettre cet organe dans un bioréacteur et commencer à le perfuser, sinon les cellules meurent”, a-t-elle ajouté. Perfuser un organe consiste à lui fournir un liquide, généralement du sang ou un substitut sanguin, en le faisant circuler dans des vaisseaux sanguins ou d’autres voies.

Selon la complexité de l’organe, il est parfois nécessaire de faire mûrir davantage le tissu dans un bioréacteur ou d’autres connexions d’entraînement, a déclaré Lewis. “Il y a juste un certain nombre de problèmes de plomberie et de défis à relever pour que cet organe imprimé fonctionne réellement comme un organe humain le ferait in vivo (c’est-à-dire dans le corps). Et honnêtement, cela n’a pas encore été entièrement résolu.”

Une fois qu’un organe bio-imprimé est implanté chez un patient, il se dégradera naturellement avec le temps – ce qui est normal puisque c’est ainsi qu’il est conçu pour fonctionner.

“Vous vous demandez probablement, ‘Eh bien, alors qu’arrive-t-il au tissu ? Est-ce qu’il va s’effondrer ?’ En fait, non”, a déclaré Atala. “Ces colles se dissolvent et les cellules sentent que le pont cède ; elles sentent qu’elles n’ont plus une base solide. Les cellules font donc ce qu’elles font dans votre propre corps, c’est-à-dire créer leur propre pont et créer leur propre colle.”

Défis restants

Atala et Lewis sont prudents dans leurs estimations du nombre d’années restantes avant que des organes bio-imprimés pleinement fonctionnels puissent être implantés chez l’homme.

“Le domaine évolue rapidement, mais je veux dire, je pense que nous parlons d’une décennie et plus, même avec tous les progrès énormes qui ont été réalisés”, a déclaré Lewis.

“J’ai appris il y a tant d’années à ne jamais prédire parce que vous aurez toujours tort”, a déclaré Atala. “Il y a tellement de facteurs en termes de fabrication et de (réglementation de la Food and Drug Administration des États-Unis). En fin de compte, notre intérêt, bien sûr, est de nous assurer que les technologies sont avant tout sans danger pour le patient.”

Chaque fois que les organes de bio-impression deviennent une option disponible, l’abordabilité pour les patients et leurs soignants ne devrait pas être un problème.

Ils seront “accessibles à coup sûr”, a déclaré Atala. “Les coûts associés aux défaillances d’organes sont très élevés. Le simple fait de maintenir un patient en dialyse coûte plus d’un quart de million de dollars par an, rien que pour maintenir un patient en dialyse. Il est donc beaucoup moins cher de créer un organe que vous pouvez s’implanter chez le patient.”

Certains des principaux coûts de la transplantation d’organes actuelle sont “la récolte de l’organe du donneur, les frais de transport, puis, bien sûr, l’opération chirurgicale que subit le receveur, puis tous les soins et la surveillance”, a déclaré Lewis. “Une partie de ce coût serait toujours en jeu, même si elle était bio-imprimée.”