La technique de biopritage 3D adaptable peut augmenter la sortie des tissus d’ingénierie

Le domaine de l’ingénierie tissulaire vise à reproduire la structure et la fonction des tissus biologiques réels. Ce tissu conçu a des applications potentielles dans la modélisation des maladies, la découverte de médicaments et les greffes implantables.

La bio-acte 3D, qui utilise des cellules vivantes, des matériaux biocompatibles et des facteurs de croissance pour construire des structures de tissus et d’organes tridimensionnelles, est devenue un outil clé sur le terrain. À ce jour, l’une des approches les plus utilisées pour la biopritage repose sur des techniques de fabrication additive et des modèles numériques, déposant des couches 2D de bio-links, composées de cellules dans un gel doux, dans un bain de support, couche par couche, pour construire une structure 3D. Bien que ces techniques permettent de fabriquer des architectures complexes avec des fonctionnalités qui ne sont pas faciles à construire manuellement, les approches actuelles ont des limites.

“Un inconvénient majeur des approches de bioprimination 3D actuelles est qu’elles n’intégrent pas les méthodes de contrôle des processus qui limitent les défauts dans les tissus imprimés. L’incorporation du contrôle des processus pourrait améliorer la reproductibilité entre les tissus et améliorer l’efficacité des ressources, par exemple, limitant les déchets de matériaux”, explique Ritu Raman, le président de développement de carrière Eugene Bell de l’ingénierie des tissus et professeur adjoint de l’ingénierie mécanique.

“Compte tenu de la gamme diversifiée d’outils de biopritage 3D disponibles, il est important de développer des techniques d’optimisation des processus qui sont modulaires, efficaces et accessibles.”

Le besoin a motivé Raman à rechercher l’expertise du professeur Bianca Colosimo de l’Université polytechnique de Milan, également connue sous le nom de Polimi. Colosimo a récemment terminé un congé sabbatique au MIT, organisé par John Hart, professeur de classe de 1922, codirecteur de l’initiative du MIT pour la nouvelle fabrication, directeur du Center for Advanced Production Technologies et chef du Département de génie mécanique.

“L’intelligence artificielle et l’exploration de données remodèlent déjà notre vie quotidienne, et leur impact sera encore plus profond dans le domaine émergent de la bioprimination 3D et dans la fabrication dans son ensemble”, explique Colosimo.

Au cours de son congé sabbatique du MIT, elle a collaboré avec Raman et son équipe pour co-développer une solution qui représente une première étape vers la bioprine intelligente.

“Cette solution est désormais disponible dans nos laboratoires de Polimi et du MIT, servant de plate-forme jumeau pour échanger des données et des résultats dans différents environnements et ouvrir la voie à de nombreux nouveaux projets conjoints dans les années à venir”, explique Colosimo.

Un nouvel article de Raman, Colosimo et des auteurs principaux Giovanni Zanderigo, un Rocca Fellow à Polimi, et Ferdows Afghah du MIT publié dans la revue Appareil Présente une nouvelle technique qui relève ce défi. L’équipe a construit et validé une technique de surveillance modulaire, à faible coût et d’imprimante qui intègre un outil compact pour l’imagerie couche par couche.

Dans leur méthode, un microscope numérique capture des images à haute résolution de tissus pendant l’impression et les compare rapidement à la conception prévue avec un pipeline d’analyse d’image basé sur l’IA.

“Cette méthode nous a permis d’identifier rapidement les défauts d’impression, tels que le dépôt de trop ou trop peu de bio-ink, nous aidant ainsi à identifier les paramètres d’impression optimaux pour une variété de matériaux différents”, explique Raman.

“L’approche est une solution à faible coût – moins de 500 $ – scalable et adaptable qui peut être facilement implémentée sur n’importe quelle bioprinter 3D standard. Ici au MIT, la plate-forme de surveillance a déjà été intégrée dans les installations de bio-sur-biosulaires 3D dans le hangar.

“Au-delà du MIT, nos recherches offrent une voie pratique vers une plus grande reproductibilité, une meilleure durabilité et une automatisation dans le domaine de l’ingénierie tissulaire. Cette recherche pourrait avoir un impact positif sur la santé humaine en améliorant la qualité des tissus que nous fabriquons pour étudier et traiter les blessures et les maladies débilitantes.”

Les auteurs indiquent que la nouvelle méthode est plus qu’un outil de surveillance. Il sert également de base au contrôle intelligent des processus dans la bioprite intégrée. En permettant une inspection en temps réel, une correction adaptative et un réglage automatisé des paramètres, les chercheurs prévoient que l’approche peut améliorer la reproductibilité, réduire les déchets de matériaux et accélérer l’optimisation des processus pour les applications du monde réel en génie tissulaire.

Cette histoire est republiée avec l’aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre les nouvelles de la recherche, de l’innovation et de l’enseignement du MIT.