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Volume 52, numéro 24b | 13 avril 2017

Recherche

La voie sucrée

Des chercheurs font appel au sucre vitrifié pour vasculariser les organes de remplacement

Par Jean Hamann

Par un curieux retour des choses, le sucre pourrait être l’un des ingrédients clés d’une nouvelle méthode servant à fabriquer un pancréas bioartificiel destiné aux personnes atteintes de diabète de type 1. En effet, des chercheurs de l’Université Laval et de l’Université McGill ont développé une nouvelle approche pour fabriquer un réseau vasculaire destiné à irriguer des organes de remplacement pour le corps humain. Cette méthode, dont les détails sont présentés dans la revue Additive Manufacturing, fait appel à une solution sucrée émise par une tête d’une imprimante 3D modifiée.

«L’un des principaux obstacles au développement d’organes de remplacement pour le corps humain est que les cellules vivantes utilisées dans ces procédés doivent être continuellement alimentées en oxygène et en nutriments pour survivre, souligne le responsable de l’étude, André Bégin-Drolet, du Département de génie mécanique de l’Université Laval. Pour répondre à cette exigence, nous avons développé une nouvelle façon de produire un réseau vasculaire destiné à ces tissus.»

Cette méthode repose sur une imprimante 3D commerciale qui a été modifiée en profondeur par les chercheurs. «L’impression est faite à l’aide d’un mélange de sucrose, de glucose et d’eau chauffé à 176 degrés Celsius, explique le professeur Bégin-Drolet. Ce sirop est ensuite placé dans une seringue préchauffée dont le piston est contrôlé par un moteur. Une fois émise, la solution se solidifie rapidement et devient ce qu’on appelle du verre de sucre ou du sucre vitrifié.»

Grâce à un modèle mathématique qu’ils ont développé, les chercheurs peuvent moduler le débit de la solution sucrée et le déplacement de la tête d’impression afin de produire des filaments de sucre vitrifié ayant la forme et la taille souhaitées. «L’étape suivante consiste à verser le mélange contenant les cellules vivantes sur la structure 3D de sucre vitrifié. Une fois le tout solidifié, on élimine les filaments de sucre par dissolution dans l’eau», précise André Bégin-Drolet.

Pour prouver la fiabilité de leur approche, les chercheurs ont d’abord montré que leur imprimante pouvait fabriquer avec précision de menus objets. Ils ont notamment réalisé ce qui est maintenant considéré comme un test classique en imagerie numérique, soit la production d’un lapin de Stanford. De plus, ils ont créé sur ordinateur un modèle de réseau vasculaire, ils l’ont fabriqué et ils l’ont couvert d’un gel de silicone. Une fois le sucre vitrifié dissous, les chercheurs ont injecté un colorant rouge dans les canaux ainsi créés révélant les détails de ce réseau 3D.

«La prochaine étape consiste à tester notre approche avec des cellules du pancréas, signale le professeur Bégin-Drolet. Si les résultats sont concluants, ces tissus vascularisés seront transplantés dans des souris utilisées pour l’étude du diabète de type 1. Il reste donc beaucoup de travail à faire avant d’envisager l’application de cette approche chez l’humain», insiste le chercheur.

L’étude parue dans Additive Manufacturing est signée par André Bégin-Drolet, Marc-André Dussault, Jeanne Larose-Dutil et Jean Ruel, du Département de génie mécanique de l’Université Laval, et par Stephanie A. Fernandez, Richard L. Leask et Corinne A. Hoesli, de l’Université McGill.


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La tête d’impression développée par les chercheurs comprend une seringue, qui contient la solution sucrée, munie d’un piston actionné par un moteur. Ceci leur permet de fabriquer des structures 3D complexes faites de sucre vitrifié.
Photo: Marc-André Dussault

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Pour faire une preuve de concept, les chercheurs ont versé du gel de silicone autour de la structure 3D de sucre vitrifié produite à l’aide de leur imprimante. Ils ont ensuite dissous les filaments sucrés en plongeant le tout dans l’eau. L’injection d’un liquide rouge a permis de révéler les détails du réseau de canaux ainsi créé.
Photo: Marc-André Dussault

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Pour démontrer la fiabilité de leur approche, les chercheurs ont procédé à un test modèle en imagerie numérique, la fabrication d'un lapin de Stanford. L'impression 3D est réalisée à l'aide d'une solution de sucre chauffée qui, en refroidissant, forme du sucre vitrifié.

Photo: Marc-André Dussault

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