Actuellement, différentes options sont disponibles pour le traitement des lésions focales du cartilage mais restent dans la majorité des cas insatisfaisantes à long terme. C’est pourquoi la recherche s’oriente vers une nouvelle stratégie basée sur l’impression 3D qui s’avère une véritable révolution en médecine régénérative pour façonner des tissus et des organes bio-imprimés à partir de cellules du patient. Notre objectif a été de développer une nouvelle stratégie de traitement des lésions focales cartilagineuses par ingénierie tissulaire à l’aide d’un procédé d’impression 3D par bio-extrusion.

Les substituts cartilagineux ont été produits couche par couche à l’aide d’un procédé d’impression 3D par bio-extrusion à partir d’une bio-encre à base d’alginate et de cellules souches mésenchymateuses (CSMs) issues de moelle osseuse humaine. Deux densités cellulaires ont été testées : 1 et 2 millions de cellules/mL de bio-encre. Les substituts ont été cultivés durant 28jours dans un milieu contenant de l’ITS (condition n’induisant pas la chondrogenèse) supplémenté ou non avec du TGF-ß1 (10ng/mL) pour induire la chondrogenèse. L’expression des gènes a été analysée afin de caractériser la différenciation chondrogénique (collagène de type 2 [COL2A1], agrécane [ACAN], SOX9, COMP) ; la différenciation fibrotique (versican [VCAN]) ; et la dérive hypertrophique ou ostéogénique (collagène de type 10 [COL10A1], RUNX2, phosphatase alcaline [ALP], ostéocalcine [BGLAP]). La qualité de la matrice extracellulaire synthétisée a été évaluée par histologie et immunohistochimie.

Notre procédé d’impression 3D par bio-extrusion nous a permis d’obtenir des substituts fonctionnels. Le facteur de croissance TGF-ß1 a induit une importante surexpression des gènes COL2A1, COL10A1, ACAN, SOX9 tandis que les marqueurs fibrotiques (VCAN) et ostéogéniques (BGLAP, RUNX2) étaient faiblement surexprimés. La meilleure induction des gènes chondrogéniques, COL2A1, ACAN, and SOX9, a été observée avec la densité cellulaire de 1 million par mL. En histologie, contrairement à la condition ITS, une synthèse matricielle riche en collagène de type II et de protéoglycannes a été visualisée et d’autant plus avec la densité cellulaire d’un million/ml au sein des substituts produits par impression 3D traités par le TGF-ß1. Les bases de production de substituts cartilagineux par un procédé d’impression 3D par bio-extrusion ont pu ainsi être établies.

Cette technique additive s’avère une stratégie très prometteuse pour la médecine régénératrice personnalisée des tissus stratifiés tel que le cartilage.

Ces travaux sont financés par la Direction Générale des Armées (N^o ANR-16-ASTR-0021), la fondation de l’avenir (N^o AP-RM-16-042), l’Université de Lorraine et la Région Grand-Est.