Le projet proposé s’intéresse à la bio-impression 4D d’un modèle de disque intervertébral (DIV) à gradients de matériaux en vue d’étudier la dégénérescence discale.
La dégénérescence du DIV est une des causes principales de lombalgie, une affection douloureuse, invalidante et dont l’impact socioéconomique est considérable. Les traitements conventionnels ne sont que symptomatiques et de nouvelles thérapies bio-inspirées sont nécessaires afin de contrecarrer la dégénérescence discale.
Le disque intervertébral (DIV), amortisseur fibro-hydraulique du rachis, est constitué d’un réseau périphérique de fibres de collagène (Annulus fibrosus, AF) qui englobe une structure centrale gélatineuse et hydratée (Nucleus pulposus, NP). Les méthodes actuelles utilisées pour l’obtention de modèles de DIV ne permettent pas de créer une évolution continue des matériaux entre l’AF et le NP. Ce projet vise à investiguer le procédé de bio-impression 4D afin de proposer un modèle de DIV.
La bio-impression 4D est une technologie de fabrication additive qui permet, à partir d’un modèle numérique 3D et d’une bio-encre contenant des cellules, de créer couche par couche un tissu humain viable dans le temps (4D).
Centrale Nantes dispose d’une expertise dans le domaine de la fabrication additive et a développé une technologie de dépôt de gradient de matériaux fonctionnels (FGM) pour des applications métalliques.
L’objectif est d’appliquer ce savoir-faire aux biomatériaux pour recréer la zone de gradient entre le NP et l’AF, caractéristique d’un DIV sain. De plus, Centrale Nantes a développé une machine de bio-impression de haute précision contrôlée par une programmation totalement ouverte qui permet de maîtriser le processus d’impression et donc l’architecture et les propriétés du tissu imprimé.
La méthodologie d’investigation s’articule autour du triptyque encre biologique – procédé de bioimpression – fonctionnalités du modèle de DIV imprimé (Figure 1). Avec l’expertise de 2 unités INSERM (RMeS et CRTI), la formulation de la bio-encre doit être optimisée selon ses propriétés rhéologiques, biologiques et la résolution d’impression. Plus précisément, cette encre doit être compatible avec la viabilité cellulaire et la maturation du tissu tout en mimant les propriétés mécaniques du tissu imprimé.
D’un point de vue technologique, il sera question de développer une buse d’impression permettant de déposer différentes bio-encres selon des pourcentages contrôlés pour recréer le gradient entre l’AF et le NP. Cette approche garantira la fidélité de l’architecture ainsi que les fonctions biologiques et mécaniques du DIV bio-imprimé. Ainsi le dépôt de gradient sera effectué en fonction des modèles préétablis qui s’appuient sur une connaissance du procédé et des fonctions biologiques et mécaniques du tissu final.
Enfin, le modèle de DIV bio-imprimé devra répondre aux caractéristiques physiologiques d’un tissu humain en vue d’étudier au mieux la dégénérescence du DIV.
L’ensemble des résultats attendus permettront d’étudier les processus de dégénérescence du DIV et participeront à construire un savoir-faire en médecine régénératrice applicable à d’autres tissus humains.