Voici les réponses à vos questions par Elia Guzzi, Dalia Dranseikiene et Mark Tibbitt. Ils font des recherches ensemble à l'ETH Zurich dans le domaine de la bio-impression:
https://macro.ethz.ch/

Comment cela fonctionne-t-il ? De quoi les organes seront-ils faits / Quel matériau ? Combien de temps faut-il pour imprimer un organe ?

Dans l'impression 3D typique, les matériaux sont transformés en structures tridimensionnelles complexes (3D) couche par couche, par exemple en liant progressivement des poudres avec un laser ou en extrudant des filaments fondus. L'impression en 3D peut être appliquée à différents matériaux, notamment les polymères, les métaux et les céramiques.

En général, la bio-impression ou la biofabrication combine des cellules vivantes et un ou plusieurs matériaux pour assembler des objets vivants en 3D, y compris des unités de tissus fonctionnels. Il existe deux procédés principaux pour la bioimpression : l'impression par extrusion et l'impression déclenchée par un stimulus. Dans les deux cas, le matériau est généralement basé sur des polymères synthétiques ou naturels qui sont conçus pour imiter les propriétés des composants structurels de nos tissus et les cellules sont incluses pour remplir une fonction biologique.

L'impression des tissus et des organes permet d'atteindre différents degrés de complexité biologique. Cela commence par de simples implants qui peuvent rétablir une fonction mécanique, par exemple des implants de hanche et des valves cardiaques personnalisés, basés uniquement sur des matériaux. Ensuite, des implants vivants qui combinent des cellules et des matériaux pour restaurer la fonction de tissus simples, par exemple, la peau/le remplissage cutané ou la cornée. Pour imprimer complètement un organe complet, tel qu'un rein, il faut un équilibre complexe de plusieurs matériaux, types de cellules et fonctions. La plupart des organes entiers sont irrigués par des vaisseaux sanguins pour fournir des nutriments et de l'oxygène. En outre, le rein assure également la purification. Pour l'instant, la plupart des travaux sur l'impression d'organes entiers sont encore en cours de recherche et nous ne sommes pas en mesure de remplacer les organes entiers dans la clinique.

En termes de temps, cela dépend de la technologie utilisée pour l'impression. En général, la plupart des bio-impressions sont réalisées avec des méthodes d'impression basées sur l'extrusion et cela prend plusieurs heures pour imprimer un objet de 10 cm x 10 cm x 10 cm. Bien sûr, le temps dépendra de la complexité qui peut nécessiter plusieurs matériaux et types de cellules.

Liens vidéo pour plus d'informations (La vidéo est en anglais. En bas à droite, vous pouvez mettre des sous-titres français.) :
https://www.youtube.com/watch?v=uHbn7wLN_3k

Peut-on remplacer certains organes ou certains ne doivent-ils pas être remplacés ?

Là encore, cela est lié à la complexité des tissus. Pour pouvoir imprimer et remplacer un organe, nous devons comprendre parfaitement son fonctionnement, sa structure et la façon de l'implanter chirurgicalement chez un nouveau patient. Nous sommes en mesure de remplacer de nombreux organes, par exemple le foie, le rein, le cœur, à partir d'un tissu de donneur. Cependant, l'impression d'une version pleinement fonctionnelle de ces tissus reste un défi ouvert mais avec un avenir prometteur. Cependant, pour les tissus plus complexes, comme le cerveau, nous ne comprenons toujours pas comment il fonctionne pleinement et même avec les meilleures technologies de bio-impression, nous ne pouvons pas reproduire sa fonction. En outre, nous ne savons pas comment transplanter un cerveau à partir d'un tissu donneur. Nous ne prévoyons pas être en mesure de bioimprimer des structures aussi complexes avant de nombreuses années, voire jamais.

La bio-impression contribuera probablement à la médecine régénérative en offrant des pièces de rechange pour restaurer la fonction des organes endommagés. Nous pouvons déjà imprimer de petits morceaux de tissus et espérons pouvoir les utiliser pour restaurer la fonction des tissus et organes endommagés. Les tissus les plus susceptibles d'être bioimprimés et remplacés sont la peau, le tissu conjonctif (os, muscle, cartilage), les organes filtrants (foie, rein), la cornée, les oreilles et le nez (combinaison de cartilage et de peau).

Quels sont les effets secondaires ? Y a-t-il des risques (par exemple d'infections ?) Des allergies seraient-elles provoquées ?

En général, les risques sont très similaires à ceux d'une transplantation d'organe standard, qui comprennent le risque d'infection ainsi que le rejet immunitaire du patient hôte. L'un des avantages de la bio-impression est la possibilité d'utiliser les cellules du patient lui-même. Cela peut réduire le risque de rejet immunitaire. Cependant, nous devons également tenir compte des matériaux utilisés dans le processus de bio-impression. Heureusement, nous disposons de certains matériaux (collagène, alginate, acide hyaluronique, poly(éthylène glycol), polylactide et autres polyesters) qui peuvent être implantés dans le corps humain sans rejet immunitaire important. Une autre considération dans l'implantation de tout matériau dans le corps est la vitesse à laquelle le matériau de support se dégradera et sera remplacé par le tissu du patient hôte. Cela dépend non seulement du matériau choisi mais aussi du tissu ou de l'organe et peut influencer l'acceptation du nouvel implant chez le patient hôte.

Comment relier un tel organe aux vaisseaux sanguins ?

Ici, nous bénéficions d'énormes progrès en matière de chirurgie de transplantation. Les chirurgiens peuvent transplanter avec succès une main entière (reliant chaque vaisseau et chaque nerf) ainsi que de nombreux organes entiers en reliant le tissu transplanté au système vasculaire du patient hôte. L'un des principaux axes de recherche dans le domaine de la bio-impression n'est pas seulement la connexion du système vasculaire à l'hôte lors de l'implantation, mais aussi l'intégration de vaisseaux sanguins fonctionnels dans le tissu ou l'organe bio-imprimé. Cela nécessite un réseau hiérarchique de vaisseaux allant des veines et artères centrales jusqu'aux microcapillaires pour alimenter le tissu imprimé en nutriments. Il existe de nombreuses nouvelles possibilités pour y parvenir sur le terrain, mais nous ne sommes toujours pas en mesure de transplanter un tissu entièrement bio-imprimé avec un système vasculaire fonctionnel.

Est-ce que cela coûte cher ?

La bioimpression en elle-même n'est pas particulièrement coûteuse ; cependant, tout le processus de production et de transplantation d'un organe est une combinaison de plusieurs procédures. Tout d'abord, il faut cultiver des milliards de cellules en dehors du corps, ce qui est faisable mais coûteux. Ensuite, tous les processus et matériaux de production doivent être réalisés dans des conditions stériles, ce qui est très coûteux. Enfin, l'opération de transplantation de tout tissu est coûteuse. Nous ne savons pas encore quel sera le coût total de la bio-impression et de la transplantation d'organes complets, mais comme ces techniques seront utilisées principalement pour sauver des vies, leur prix sera justifié.

Si une personne meurt d'un problème cardiaque, est-il possible de remplacer son cœur et de la faire revivre ?

C'est une très bonne question. Cela dépend de plusieurs facteurs. Même si nous disposons d'un cœur pour remplacer le cœur défaillant (qu'il provienne d'une source bio-imprimée ou d'un autre patient), en cas d'arrêt cardiaque, la circulation sanguine cesse et tous les autres tissus du corps perdent leur approvisionnement en oxygène. En quelques minutes, cela crée des dommages importants au reste du corps, y compris au cerveau, et il est très difficile de ramener un patient de ces dommages. Pour ces raisons, la transplantation d'organes et la bio-impression ou le remplacement d'organes seraient principalement destinés aux patients qui ont subi des dommages connus sur un tissu mais qui peuvent vivre pendant un certain temps en attendant un tissu de donneur.