113 - La reconstruction de tissus vivants par génie tissulaire : un futur prometteur au Québec

Les gels de collagène reconstitués in vitro forment des prothèses textiles de nanofibres enchevêtrées capables d'enrober les cellules à des fins thérapeutiques. Ces échafaudages biomimétiques sont en mesure de subir un remodelage induit par les cellules et servent de matrices tridimensionnelles. Cependant, puisqu'ils sont constitués de fluides à plus de 99 %, ces gels donnent des échafaudages intrinsèquement faibles pour le génie tissulaire. Ils subissent une autocompression dans un espace non confiné, résultat d'un processus de consolidation provoqué par la gravité attribuable à la perte de fluide. En exerçant une pression externe, il est donc possible de provoquer un processus de compression accélérée et de s'en servir pour produire des échafaudages dont les fibres de collagène et les cellules sont de densité contrôlée, c'est-à-dire qui produisent rapidement des substances équivalentes aux tissus. La technique de ‘plastic compression' convient également à la production de matrices de collagène dense hybridé à des biopolymères ou à des matières bioinorganiques. La maîtrise des propriétés microstructurales et mécaniques de ces échafaudages s'apparentant à des matrices extracellulaires, ainsi que leur incidence sur la viabilité, la prolifération et la différenciation des cellules ensemencées, a été étudiée, notamment sous l'effet d'une stimulation physiologique dynamique. 

Le cartilage articulaire est un tissu lisse et élastique qui couvre les extrémités des os de genou et qui permet le mouvement de l'articulation sans douleur.  La dégradation focale du cartilage, et l'arthrose qui suit, est souvent traitée par la « microfracture », au cours de laquelle des petites blessures sont créées dans l'os au niveau de la lésion articulaire. Le saignement dans l'os stimule ensuite la migration des cellules de la moelle osseuse dans la lésion et la génération d'un nouveau tissu de réparation. Cette approche peut alléger des symptômes dans la plupart des patients, mais produit un tissu de réparation instable qui peut se dégrader quelques années après la chirurgie. Un défi important, et courant, est de développer de nouvelles thérapies qui stimulent la régénération du cartilage articulaire pur. Nous avons inventé une nouvelle approche pour bonifier la qualité de tissu de réparation obtenu après la microfracture, basé sur l'ingénierie des caillots sanguins. Les caillots hybrides sont composés de sang autologue du patient mélangé avec un polymère biocompatible qui s'appelle le chitosane. La régénération du cartilage pur après la microfracture est un événement très rare, rendu plus probable en traitant le défaut chirurgical avec un implant chitosane/sang. Cette présentation expliquera comment le cartilage articulaire peut se régénérer à partir de l'os endommagé, à partir des preuves obtenues avec les modèles in vitro, précliniques et les patients humains. 

Le génie tissulaire vasculaire a pour objectif de fabriquer un vaisseau sanguin en laboratoire. L'une des stratégies possibles consiste à utiliser une structure d'échafaudage afin de supporter et guider la croissance et l'organisation de cellules spécifiques au tissu vasculaire. Une construction artérielle à base de collagène de type I et de cellules musculaires lisses vasculaires a été développée. Diverses méthodes ont été dévéloppées afin de caractériser et d'améliorer ces propriétés mécaniques dans le but de pouvoir manipuler la structure et la soumettre a une maturation ultérieure. Afin de permettre aux cellules vasculaires en co-culture de s'organiser autour de la structure d'échaffaudage et de structurer dans un pseudo-paroi vasculaire, un conditionnement mécanique en culture plane (2D) ou tubulaire (3D) dans un bioréacteur à perfusion sous contraintes mécaniques a été mis au point. Ultimement, l'objectif consiste à développer un vaisseau sanguin afin de pouvoir être implanté comme substitut artériel pour améliorer la qualité de vie de patients atteints de maladies cardiovasculaires. 

La reconstruction de tissus tridimensionnels fonctionnels reste un défi exceptionnel. En même temps, il s'agit d'une opportunité permettant la convergence de la recherche en biologie cellulaire, nanotechnologie et la science des matériaux. Nous avons démontré que l'utilisation de nouveaux matériaux et méthodes de nanofabrication permet l'auto-assemblage tridimensionnel des cellules et de la matrice extracellulaire suivant un angle précis, lequel correspond à la même organisation physiologique intrinsèque du tissu et varie en fonction du type cellulaire en culture. Notre équipe a démontré la faisabilité d'un procédé de culture tissulaire en particulier la reconstruction d'un stroma cornéen amélioré et adapté à l'utilisation clinique. Cette présentation permettra de mettre en évidence des nouvelles stratégies dans lesquels des propriétés des matériaux élastomères sont utilisées pour structurer les substrats à travers une nouvelle technique de microfabrication tridimensionnelle utilisant la nano-impression. Cette nouvelle méthode permet de reproduire des patrons en polymère biocompatible sur une surface bi- ou tri-dimensionnelle ayant une courbure ajustable et adaptée pour la croissance. De plus cette présentation mettra en évidence le potentiel de ce même techniques de fabrication pour la fabrication et l'utilisation de systèmes micro- et nano-fluidiques pour l'identification et la capture de cellules ayant un potentiel importante pour le génie tissulaire.

Le LOEX est actif en génie tissulaire depuis plus de 25 ans. Une des particularités des projets de ce laboratoire est de toujours comporter, dès leur initiation, une composante de translation clinique à l'image de notre projet initial de culture d'épiderme. Rapidement, les domaines se sont diversifiés. A noter que tous ces projets étaient mis sur pied par une composition triple de chercheurs : des chercheur-cliniciens, des bio-ingénieurs et des chercheurs du LOEX. Une seconde génération de peau comportait un derme reconstruit, apportant une composante biologique de première importance tout en augmentant la résistance des greffons. Ainsi, nous avons développé une méthode originale soit celle de l'auto-assemblage, où les fibroblastes dermiques étaient ensemencés avec un milieu enrichi d'acide ascorbique. Les fibroblastes expriment ainsi une matrice extracellulaire semblable à leur production dans la couche dermique de la peau in vivo. Nous obtenons alors des feuillets denses et manipulables. Afin d'obtenir un derme d'une épaisseur utile, un empilement des feuillets est effectué. Des kératinocytes cultivés sont ensuite déposés à sa surface générant ainsi un substitut bilamellaire. Grâce à l'analyse des propriétés mécaniques comparant nos substituts et leur composante dermique à la peau humaine normale, nous avons confirmé l'importance du derme dans les reconstructions cutanées. Notre polyvalence a permis à notre laboratoire d'évoluer rapidement afin de répondre aux besoins cliniques.