Bio-impression intégrée de structures tissulaires à l’aide d’un milieu sous-microgel κ-carraghénane

Les échafaudages d’ingénierie tissulaire, y compris les fibres électro-filées, les éponges poreuses et les hydrogels polymères, jouent un rôle central dans la réparation et la reconstruction des tissus et des organes endommagés en fournissant un cadre structurel soutenant la croissance cellulaire, la régénération des tissus et la restauration de la fonction des organes ^1,2,3. Cependant, les échafaudages traditionnels rencontrent des difficultés pour reproduire avec précision les structures des tissus natifs, ce qui entraîne un décalage entre les tissus modifiés et les tissus naturels. Cette limitation entrave la cicatrisation efficace des tissus défectueux, soulignant le besoin urgent de faire progresser la conception des échafaudages pour obtenir un biomimétisme plus précis. La bio-impression tridimensionnelle (3D) est une technique de fabrication innovante qui permet de construire avec précision des structures complexes de tissus biologiques, couche par couche, à l’aide de biomatériaux, d’encres et de cellules⁴. Parmi divers biomatériaux, les hydrogels polymères apparaissent comme des bio-encres idéales avec leur réseau distinctif qui facilite l’encapsulation in situ des cellules et soutient de manière cruciale leur croissance ^5,6. Néanmoins, de nombreux hydrogels mous et hautement hydratés ont tendance à induire un flou ou un effondrement rapide des structures d’échafaudage imprimées pendant le processus d’impression lorsqu’ils sont utilisés comme bio-encres. Pour relever ce défi, la technologie de bio-impression 3D intégrée utilise un bain de microgel comme matériau de support, permettant un dépôt précis de bio-encre douce. Lors de la gélification des bio-encres d’hydrogel, des échafaudages bioniques raffinés avec des structures complexes sont obtenus en retirant le bain de microgel. Des matériaux tels que la gélatine ^7,8, l’agarose⁹ et la gomme gellane^10,11 ont été utilisés pour créer des bains de microgels pour la bio-impression 3D intégrée, faisant progresser considérablement l’application des hydrogels souples dans l’ingénierie tissulaire. Cependant, la taille des particules au micron et non uniforme de ces gels particulaires a un impact négatif sur la résolution et la fidélité de l’impression 3D 12,13,14. Il est urgent de fabriquer un flotteur en suspension semblable à un gel avec de petites particules uniformément dispersées, offrant des avantages dans la réalisation d’une bio-impression haute fidélité.

Dans ce protocole, un nouveau bain suspendu sacrificiel de granulés κ-carraghénane avec un niveau submicronique uniforme est présenté pour l’impression 3D intégrée. Ce comportement innovant de bain sub-microgel de transition rapide de blocage-déblocage facilite la fabrication précise d’échafaudages d’hydrogel biomimétiques avec une haute fidélité structurelle¹⁵. À l’aide de ce nouveau support de suspension, une série de tissus et d’organes biomimétiques présentant des structures tissulaires multicouches sont imprimés avec succès, à l’aide d’une bio-encre composite composée de méthacrylate de gélatine et de fibrométhacrylate de soie. Dans cette étude, nous avons choisi l’œsophage comme objet biomimétique de bio-impression 3D, principalement parce que l’œsophage a non seulement une structure tissulaire multicouche, mais aussi que sa couche musculaire présente une structure de stratification complexe circulaire interne et longitudinale externe. Assurer un alignement et une organisation corrects de ces couches est essentiel pour la régénération fonctionnelle des tissus. Par conséquent, nous désirons vivement reproduire l’architecture multicouche de l’œsophage. Plus important encore, nous avons utilisé des sous-microgels κ-carraghénane comme bain de suspension et GelMA/SFMA comme bio-encre pour concevoir et construire un échafaudage biomimétique pour l’ingénierie tissulaire. L’œsophage imprimé peut être facilement libéré par un lavage salin tamponné au phosphate répété. De plus, le bain sous-microgel κ-carraghénane est exempt de substances cytotoxiques, assurant une cytocompatibilité élevée¹⁵. Les cellules musculaires lisses chargées dans les échafaudages anisotropes présentent une activité d’étalement notable. Ce milieu de suspension submicrogel uniforme offre une nouvelle voie pour la fabrication de tissus et d’organes complexes grâce à la bio-impression 3D intégrée.