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Oct 26, 2023

Méthode nouvelle et simple pour concevoir une plate-forme imitant les vaisseaux sanguins

26 juin 2020

26 juin 2020

par l'Université de technologie et de design de Singapour

Le système circulatoire sanguin sert d'infrastructure essentielle pour le transport de masse des nutriments et facilite l'échange de produits gazeux et de déchets des organes du corps humain. Ces vaisseaux sanguins sont soumis à une exposition constante à la pression hydrodynamique du flux sanguin, ainsi qu'au rythme de contraction et de détente exercé par les tissus qui l'entourent. L'exposition à ces stimuli peut déclencher une cascade de réponses cellulaires qui peuvent donner lieu à des conditions défavorables telles que la thrombose et l'inflammation des vaisseaux sanguins.

Ces réponses cellulaires aux événements sont connues sous le nom de mécanotransduction - le processus de conversion des signaux mécaniques en signaux chimiques dans le corps. Bien que les chercheurs aient réussi à concevoir des modèles de maladies qui imitent diverses déficiences dans les vaisseaux sanguins, la capacité d'intégrer simultanément la contrainte de cisaillement du flux sanguin et la contrainte d'étirement était toujours considérée comme difficile à reproduire.

Des chercheurs du groupe de recherche Onoe de l'Université Keio (Keio U) ont collaboré avec le laboratoire Soft Fluidics de l'Université de technologie et de conception de Singapour (SUTD) pour développer et fabriquer un microcanal basé sur la matrice extracellulaire (ECM) qui permet de fournir des stimuli mécaniques dus à la perfusion et à l'étirement simultanément. Cette méthode simple a permis aux chercheurs de créer un réseau complexe de microcanaux dans un ECM qui ressemblait à des tissus humains par moulage sacrificiel.

Dans cette approche, le moule a d'abord été modelé avec des bifurcations et des dimensions en cascade aussi faibles que 0,2 mm de largeur. Une imprimante 3D de modélisation par dépôt fondu (FDM) disponible dans le commerce et partout a été utilisée pour imprimer le moule sacrificiel fabriqué avec de l'alcool polyvinylique (PVA). Contrairement à une méthode bien établie telle que le moulage de répliques où plusieurs étapes d'assemblage et d'alignement étaient nécessaires pour créer un microcanal avec une géométrie 3D, le moulage sacrificiel a permis la fabrication rapide de microcanaux dans diverses matrices. Le moule a été entièrement intégré dans un ECM (gélatine), durci avec de la transglutaminase; le scellement, l'alignement ou l'empilement n'étaient pas nécessaires lors de la fabrication de la plate-forme pour les vaisseaux sanguins et les tissus environnants.

"Étant donné que le moule en PVA est amovible dans l'eau, le processus de fabrication a été entièrement réalisé en utilisant uniquement de l'eau. Ceci est important pour assurer la biocompatibilité des microcanaux fabriqués", a déclaré Jason Goh, un Ph.D. chercheur au SUTD.

"Le moulage sacrificiel d'un moule imprimé en 3D de modélisation par dépôt fondu offre une grande liberté de conception et potentialise la fabrication d'une plate-forme plus physiologiquement pertinente", a ajouté le professeur adjoint Michinao Hashimoto de SUTD.

Des cellules endothéliales humaines ont été facilement cultivées à la surface du microcanal pour former un tube imitant les vaisseaux sanguins. Le comportement caractéristique des vaisseaux sanguins, tel que son flux pulsatile, a été atteint avec succès dans des conditions de perfusion et d'étirement. Cette plate-forme de vaisseaux sanguins a servi à élargir le spectre d'applicabilité des modèles in vitro vasculaires actuels pour étudier les conditions pathologiques d'une manière plus pertinente sur le plan physiologique.

« Nous avons réussi à démontrer la conception de substituts de vaisseaux sanguins dotés d'une résistance mécanique suffisante pour résister à la pression de fluide appliquée et à l'étirement présent dans le corps humain. La plate-forme sera utile pour comprendre les mécanismes des maladies vasculaires », a déclaré Azusa Shimizu, l'auteur principal et étudiant à la maîtrise, et professeur agrégé Hiroaki Onoe de Keio U, Japon.

Les travaux de recherche ont été publiés et figuraient en bonne place dans la couverture intérieure de Lab on a chip, la principale revue couvrant les travaux originaux liés à la miniaturisation en dessous de l'échelle microscopique et à l'interface entre les avancées technologiques et les applications percutantes. Azusa Shimizu (Keio U) a collaboré avec Jason Goh (SUTD) et Shun Itai (Keio U). Parmi les autres chercheurs principaux du projet figurent le Dr Shigenori Miura de l'Université de Tokyo.

Plus d'information: Azusa Shimizu et al, Microcanal basé sur ECM pour la culture de tissus vasculaires in vitro avec perfusion et étirement simultanés, Lab on a Chip (2020). DOI : 10.1039/D0LC00254B