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Des ovaires obtenus par impression 3D ont donné naissance à une progéniture en pleine santé

Des bioprothèses d’ovaires ont permis à des souris initialement stériles de donner naissance à des souriceaux.

Si l’on en croit l’étude menée par la Northwestern University Feinberg School of Medicine et la McCormick School of Engineering, le nouveau monde des organes imprimés en 3D comprend maintenant des structures ovariennes qui, fidèles à leur conception, sont réellement capables d’ovuler.

La souris femelle à laquelle on a enlevé un ovaire en le remplaçant par une bioprothèse d’ovaire, n’a pas seulement été capable d’ovuler mais elle a également donné naissance à des souriceaux en parfaite santé. En outre, les mamans ont été capables d’allaiter leurs petits.

Les bioprothèses d’ovaires sont faites de structures imprimées en 3D abritant des œufs immatures, et ont réussi à stimuler la production d’hormones et restaurer la fertilité des souris, ce qui constituait l’objectif ultime de ces travaux.

« Ces recherches montrent que les bioprothèses d’ovaires fonctionnent durablement sur le long terme » a confié Teresa K. Woodruff, scientifique spécialiste de la reproduction et directrice du Women’s Health Research Institute à Feinberg. « Utiliser la bio-ingénierie plutôt que la transplantation à partir de cadavres, pour créer des structures organiques fonctionnelles capables de restaurer l’état de santé du tissu du receveur constitue le saint graal de la bio-ingénierie en médecine régénérative ».

La recherche a été publiée le 16 mai dans Nature Communications.

Dans quelle mesure ces recherchent diffèrent d’autres structures réalisées par impression 3D ?

Ce qui fait que ces travaux sont vraiment à part, réside dans l’architecture du squelette (ou échafaudage) et du matériel, ou « encre » que les scientifiques utilisent, a expliqué Ramille Shah, professeur assistante en matériaux scientifiques et ingénierie au McCormick et en chirurgie à Feinberg.

Ce matériau est de la gélatine, un hydrogel biologique fabriqué à partir de collagène décomposé, pouvant être utilisé en toute sécurité chez l’humain. Les scientifiques savaient que, quel que soit l’échafaudage qu’ils créeraient, il était nécessaire qu’il soit réalisé à partir de matériaux organiques suffisamment rigides pour être manipulés pendant la chirurgie, mais aussi suffisamment poreux pour interagir naturellement avec les tissus du corps de la souris.

« La plupart des hydrogels sont très fragiles du fait qu’ils sont majoritairement constitués d’eau, et vont donc s’effondrer sur eux-mêmes » explique Shah. « Mais nous avons trouvé une température pour la gélatine qui permet à cette dernière de s’autoporter, de ne pas s’effondrer, et permet la réalisation de structures multicouches. Personne d’autre n’a été capable d’imprimer de la gélatine selon une géométrie aussi précise et autoportante ».

Cette géométrie permet de vérifier directement si les follicules ovariens (des cellules organisées produisant des hormones et entourant une cellule-œuf immature) peuvent, ou pas, survivre dans l’ovaire. C’est l’une des découverte-clés de cette étude.

« C’est la première étude qui démontre que l’architecture en échafaudage fait la différence dans la survie du follicule », affirme Shah. « Nous ne serions pas capables de faire cela si nous n’utilisions pas un programme d’impression 3D ».

Quel impact chez les êtres humains ?

L’unique objectif des scientifiques en développant ces ovaires bioprothèses était d’aider à restaurer la fertilité et la production d’hormones chez des femmes qui avaient souffert de traitements contre le cancer à l’âge adulte ou qui avaient survécu à des cancers lors de l’enfance et présentent aujourd’hui des risques élevés d’infertilité et de problèmes de développement liés à des hormones.

« Ce qui se passe avec nos patientes atteintes de cancer est que leurs ovaires ne fonctionnent pas suffisamment et qu’elles ont besoin de thérapies de substitution hormonale afin de déclencher la puberté » explique Monica Laronda, co-auteur principal de ces travaux et précédemment étudiante en post-doctorat au Laboratoire Woodruff. « Le but de cet échafaudage est de récapituler comment fonctionne un ovaire. Nous voyons large, c’est-à-dire que nous prenons en considération tous les stades de la vie d’une femme, donc de la puberté à la ménopause en passant par l’âge adulte ».

Laronda est maintenant professeur assistante au Stanley Manne Children’s Research Institute au Ann & Robert H. Lurie Children’s Hospital.

En outre, la fabrication réussie d’implants imprimés en 3D afin de remplacer des tissus mous complexes a un impact significatif sur le travail à venir relatif à la médecine régénérative des tissus mous.

Techniquement, comment fonctionne l’impression biologique 3D ?

Imprimer une structure ovarienne en 3D ressemble à un enfant jouant avec un Lincoln Logs (jeu de construction) explique Alexandra Rutz, co-auteur principal de l’étude et diplômée de bioingénierie médicale au laboratoire Tissue Engineering and Additive Manufacturing (TEAM) lab au Simpson Querrey Institute, coordonné par Shah. Les enfants peuvent entreposer les rondins à angle droit pour former des structures. En fonction de l’espacement entre les rondins, la structure change pour construire une fenêtre, une porte…

“L’impression 3D est réalisée en déposant des filaments” explique Rutz, qui est maintenant post-doctorante dans le cadre du Whitaker International Postdoctoral Scholar à l’École Des Mines De Saint-Étienne à Gardanne, France. Vous pouvez contrôler la distance entre ces filaments, ainsi que l’angle de progression entre les couches, et cela nous permet d’obtenir des pores de tailles et géométrie différentes.

Au laboratoire de Northwestern, les chercheurs appellent ces structures imprimées en 3D des « échafaudages », et les comparent aux échafaudages qui entourent temporairement un bâtiment pendant sa rénovation.

« Tout organe possède un squelette » explique Woodruff, qui est également Professeur d’obstétrique au Thomas J. Watkins Memorial et membre du Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center de la Northwestern University. « Nous avons appris à quoi ressemblait le squelette d’un ovaire et nous nous en sommes servis comme modèle pour réaliser la bioprothèse ovarienne qui serait implantée ».

Dans un bâtiment, les échafaudages soutiennent les matériaux nécessaires à la réparation du bâtiment jusqu’à ce qu’ils soient démontés. Ce qui reste est une structure capable de se tenir droite toute seule. De la même manière, l’échafaudage, ou squelette imprimé en 3D, est implanté dans une femelle et ses pores peuvent être utilisés pour optimiser l’insertion des follicules, ou des œufs immatures, dans l’échafaudage. Ce dernier permet la survie des cellules-œufs immatures de la souris ainsi que les cellules qui produisent les hormones accélérant la production d’œufs. La structure ouverte laisse suffisamment d’espace aux cellules-œufs pour qu’elles murissent jusqu’à l’ovulation. Cela s’applique également aux vaisseaux sanguins qui se développent à l’intérieur de l’implant permettant aux hormones de circuler dans le système sanguin de la souris et déclencher la lactation après que la souris ait donné naissance à ses petits.

La collaboration exclusivement féminine McCormick-Feinberg pour ces travaux a été « très fructueuse » confie Shah, et d’ajouter que c’était motivant de faire partie d’une équipe de femmes menant des recherches visant à trouver des solutions à des problèmes de santé de femmes.

« Ce qui rend ce travail collaboratif, ce sont les personnages, et la possibilité de trouver de la bonne humeur au sein de cette étude » confie Shah. « Teresa et moi avons ri à l’idée que nous étions les grands-mères de ces souriceaux ».

traduction Virginie Bouetel

Northwestern University

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