Le transhumanisme est une approche interdisciplinaire qui nous amène à comprendre et à évaluer les avenues qui nous permettrons de surmonter nos limites biologiques par les progrès technologiques.
La bio-imprimante 3D idéale, selon Y. Shrike Zhang, spécialiste en génie tissulaire, ressemblerait à une machine à pain : « Elle aurait quelques boutons sur le dessus et on en pousserait un pour choisir le tissu d’un cœur ou celui d’un foie. » Par la suite, Zhang pourrait vaquer à ses occupations tandis que la machine produirait des couches complexes de cellules et autres matières.
Cette technologie n’est pas encore tout à fait au point. Mais la nouvelle imprimante BioBot 2 semble avoir pris un pas dans cette direction. Cet appareil de table comprend une série de nouvelles fonctionnalités conçues pour procurer aux utilisateurs un contrôle simple d’une puissante machine, y compris une calibration automatisée, six têtes d’impression pour six différentes bio-encres, une précision de positionnement d’un micromètre sur les axes x, y, et z, et une interface de logiciel conviviale qui gère le processus d’impression du début à la fin.
Le cofondateur et chef de la direction de BioBots, Danny Cabrera, atteste que les caractéristiques du BioBot 2 sont le fruit d’une collaboration avec des chercheurs en génie tissulaire.
« Pour faire avancer cette technologie, nous devions faire plus que développer un nouveau robot » — Danny Cabrera, chef de la direction de BioBots
« Au cours de la dernière année et demie, nous avons travaillé de près avec des scientifiques pour comprendre ce dont ils avaient besoin pour faire avancer la technologie, dit-il, nous nous sommes aperçus qu’une simple bio-imprimante ne suffisait pas, ils avaient besoin de plus, nous devions donc développer plus qu’un nouveau robot. »
Le logiciel de la société se trouve dans le cloud, ce qui facilite le téléchargement des paramètres d’impression par les utilisateurs, paramètres qui sont transposés par le système en protocoles pour la machine. Après l’impression du tissu, le système peut utiliser des caméras intégrées et un logiciel de vision informatisée pour conduire des analyses de base. Par exemple, il peut calculer le nombre de cellules vivantes par rapport à celui des cellules mortes d’un tissu imprimé ou mesurer la longueur des axones de neurones imprimés. « Cette plateforme leur permet de mesurer la façon dont les différents paramètres d’impression, comme la pression ou la résolution cellulaire, affectent la biologie du tissu », déclare Cabrera.
Le BioBot 1 a fait son apparition sur le marché en 2015 et se vend à 10 000 $ US. L’entreprise accepte maintenant des commandes pour le BioBot 2 à 40 000 $ US, et en prévoit sa distribution plus tard cette année.
Chacune des têtes d’impression du BioBot 2 peut refroidir sa bio-encre à 4 degrés Celsius ou la chauffer à 200 degrés Celsius. La température du plateau d’impression peut également être contrôlée et celui-ci est équipé de lumières visibles et ultraviolettes qui déclenchent la réticulation des matériaux pour solidifier les formes imprimées.
Cabrera affirme que le contrôle de température facilite l’impression du collagène, principale composante des os et des tissus conjonctifs, parce que la réticulation se fait à basse température. « Beaucoup d’utilisateurs trafiquent leur bio-imprimante pour qu’elle puisse imprimer le collagène, note Cabrera, certains la placent dans le réfrigérateur ».
Bien que certains chercheurs ne souhaiteront pas utiliser les six têtes d’imprimante pour concevoir des tissus composés de six différents matériaux, Cabrera estime que cette conception permet aussi aux chercheurs de multiplexer les expériences. Par exemple, si des chercheurs expérimentent la concentration de cellules dans une bio-encre, cette fonctionnalité leur permet de tester simultanément six différentes versions. « Des semaines de travail peuvent être épargnées si vous attendez que vos cellules se développent entre chaque expérience », mentionne Cabrera.
En outre, la machine peut déposer la matière non seulement dans une boîte de Petri, mais aussi sur une plaque de culture cellulaire munie de plusieurs petites cupules. Grâce à une plaque de 96 cupules, « vous pouvez conduire 96 petites expériences », indique Cabrera.
L’un des objectifs à long terme du bioprinting est de procurer aux médecins la capacité d’appuyer sur un bouton pour imprimer une feuille de peau pour un patient brûlé ou pour façonner avec précision un greffon osseux pour un patient défiguré dans un accident. De telles impressions ont été réussies en laboratoire, mais ne sont pas prêtes d’obtenir l’approbation réglementaire. Un objectif encore plus à long terme est celui de procurer aux médecins la possibilité d’imprimer des organes de remplacement complets, mettant fin à l’insuffisance d’organes disponibles pour la transplantation, mais cette éventualité reste aujourd’hui du domaine de la science-fiction.
En attendant ces applications, les bio-imprimantes 3D trouvent toutefois leur utilité auprès des chercheurs en biomédecine.
Zhang a conduit des expériences avec une version bêta du BioBot 1 alors qu’il travaillait au laboratoire d’Ali Khademhosseini à l’école de médecine de Harvard. Il a utilisé des bio-imprimantes pour créer des structures d’organes intégrés sur puce, qui imitent la nature intrinsèque d’organes comme le cœur, le foie ou les vaisseaux sanguins grâce à des couches d’espèces de cellules souhaitées imprimées selon des schémas complexes. Ces petites puces peuvent être utilisées pour le dépistage systématique des drogues ou des recherches médicales de base. Avec la version bêta du BioBot, Zhang a créé une « thrombose intégrée sur puce », où des caillots se sont formés à l’intérieure de vaisseaux sanguins miniatures.
Maintenant professeur en médecine et bioingénieur adjoint à la Brigham and Women’s Hospital de Boston, Zhang affirme être intrigué par le BioBot 2. Sa capacité de faire des impressions avec de multiples matériaux est séduisante, dit-il, parce qu’il souhaite reproduire des tissus complexes composés de différentes espèces de cellules. Mais il ne sait toujours pas s’il en commandera une. Comme dans bien des aspects de la science, « tout repose sur le financement », déclare-t-il.
Photo: EnvisionTec
Le BioBot 2 est la bio-imprimante la moins dispendieuse sur le marché.
Les machines haut de gamme utilisées par les chercheurs souhaitant une précision à l’échelle du nanomètre coûtent habituellement environ 200 000 $ — comme la 3D-Bioplotter d’EnvisionTec. Cette grosse machine a été utilisée pour des recherches tout juste présentées, où des scientifiques de la Northwestern University ont imprimé en 3D une structure semblable à un ovaire de souris. Lorsqu’ils l’ont ensemencé d’ovules miniatures et implanté dans une souris, l’animal a donné naissance à des souriceaux.
Photo: Cellink
Mais il existe d’autres bio-imprimantes qui font concurrence à la BioBot sur le plan monétaire. Notons plus particulièrement une compagnie suédoise appelée Cellink, qui vend une bio-imprimante de la taille de trois ordinateurs pour un prix variant entre 10 000 $ et 40 000 $.
Il y a aussi la jeune entreprise de San Francisco, Aether, qui a tout récemment commencé à vendre des unités bêta à des chercheurs pour essais et commentaires. L’entreprise a promis de lancer la commercialisation de sa Aether 1 cette année, pour seulement 9 000 $.
Photo: Aether
La principale source de concurrence pourrait ne pas provenir des autres entreprises, mais plutôt de la tendance des bioingénieurs à bricoler leurs machines. « Nous prenons habituellement une imprimante de base quelconque et produisons nos propres têtes d’imprimante et bio-encres », affirme Zhang.
Mais pour les chercheurs en biologie qui ne sont pas des ingénieurs, le BioBot 2, selon Zhang, pourrait leur permettre d’accroître considérablement leurs capacités. Ce serait comme de donner à un phobique de la cuisine la capacité soudaine de cuire à la perfection une miche de blé entier.
Un des leaders de la bio-impression est français : Poietis