Les scientifiques utilisant l'impression 3D ont développé des ovaires fonctionnels, grâce auxquels une souris stérile a pu donner naissance à des souris saines. Les bioprothèses ovariennes consistent en un cadre poreux d'encre de gélatine remplie de follicules - de minuscules sacs contenant du liquide qui contiennent des ovules immatures. Avec leur aide, il a été possible d'augmenter la production d'hormones et de restaurer la fertilité chez la souris, ce qui était l'objectif ultime de l'étude.
Dans des tests sur des souris dans lesquelles un ovaire a été enlevé chirurgicalement, les scientifiques ont constaté que les implants se connectaient au système circulatoire pendant une semaine et continuaient à libérer les ovules naturellement à travers les pores intégrés dans les structures de gélatine. Sur les sept souris qui se sont accouplées après l'installation de la bioprothèse, trois ont donné naissance à des souris saines. Par la suite, ils ont pu manger du lait maternel et obtenir des portées saines.
En quoi ce travail est-il différent des autres structures d'impression tridimensionnelles? Tout d'abord, c'est le cadre de la prothèse et le matériau à partir duquel elle a été créée. Il s'agit de gélatine, un hydrogel biologique fabriqué à partir de collagène brisé qui est sans danger pour l'homme.
Il existe un certain nombre de conditions dans lesquelles vous pouvez créer une bioprothèse réussie qui ne sera pas rejetée par un organisme vivant. Il devrait être fait de matériaux organiques, qui seraient suffisamment rigides pour que la bioprothèse puisse être implantée avec succès, mais en même temps suffisamment poreux pour interagir naturellement avec les tissus du corps de la souris.
La plupart des hydrogels sont très faibles, car ils sont principalement constitués d'eau et se décomposent souvent d'eux-mêmes. Mais les chercheurs ont calculé expérimentalement la température de la gélatine, à laquelle elle ne s'effondre pas et est capable de former plusieurs couches.
L'impression tridimensionnelle a été réalisée en appliquant des fibres. Ainsi, il est possible de contrôler la distance entre les fibres, ainsi que l'angle d'avancement entre les couches, ce qui permet de concevoir une prothèse de différentes tailles et formes. Au laboratoire, les chercheurs appellent ces structures imprimées tridimensionnelles des «échafaudages» et les comparent à l'échafaudage qui entoure le bâtiment pendant la durée de la rénovation.
Des grilles de bioprothèse ovarienne ont été imprimées à partir de plaques de gélatine. La taille et la position des trous dans les structures ont été soigneusement contrôlées afin que des dizaines de follicules puissent être maintenus et les vaisseaux sanguins connectés aux implants. Des œufs matures ont ensuite été libérés des implants, comme cela se produit avec l'ovulation normale.
Cette géométrie ovarienne organise directement ou indirectement le soutien hormonal des ovules immatures, les entourant. Il s'agit de la première étude à démontrer que l'architecture prothétique affecte la survie des follicules. Selon les chercheurs, cela n'aurait pas été possible sans l'utilisation de l'impression en trois dimensions.
Une cage imprimée en trois dimensions est implantée avec une souris et ses pores peuvent être utilisés pour optimiser le processus de «coincement» des follicules ou des œufs immatures dans la cage. La prothèse aide les ovules immatures et les cellules qui produisent des hormones à survivre. La structure ouverte permet également aux cellules de mûrir, d'ovuler et de former des vaisseaux sanguins à l'intérieur de l'implant, de sorte que les hormones circulent à l'intérieur du système circulatoire de la souris et déclenchent la lactation après la naissance.
«Chaque organe a un« squelette ». Nous avons appris à quoi ressemblait le «squelette» de l'ovaire et l'avons utilisé comme modèle pour l'implantation de bioprothèses ovariennes », a déclaré Teresa Woodruff, professeur d'obstétrique et de gynécologie.
De toute évidence, l'impression de bioprothèses pour souris n'est pas la dernière étape de l'étude. Les bioprothèses ovariennes devraient aider à restaurer la fertilité et la production d'hormones chez les jeunes femmes dont l'appareil reproducteur a été endommagé par le traitement du cancer. Souvent chez ces femmes, les ovaires cessent de fonctionner correctement et les patientes ont besoin d'un traitement hormonal substitutif régulier.
La chimiothérapie et les doses élevées de rayonnement utilisées pour traiter le cancer peuvent détruire une partie ou la totalité des ovules des femmes, les exposant à un risque d'infertilité et de ménopause précoce. Et tandis que les médecins ont fait des progrès dans la restauration de la fertilité avec des tissus ovariens congelés, une bioprothèse peut potentiellement aider ceux pour qui la greffe n'est pas adaptée, à savoir les très jeunes filles et les filles.
Co-auteur de l'étude, Monica Laronda, a noté qu'une bioprothèse ovarienne peut aider les patientes cancéreuses dont les ovaires sont tellement endommagés qu'une hormonothérapie est nécessaire pour commencer la puberté.
Les scientifiques ont déjà créé des ovaires artificiels pour les souris, mais c'est le premier travail qui utilise la technologie d'impression 3D. Cependant, il n'est pas encore clair si cette approche sera aussi efficace pour les humains que pour les souris: les follicules chez l'homme sont beaucoup plus gros et se développent rapidement jusqu'à ce qu'ils soient visibles à l'œil nu.
D'autres expériences animales menées il y a près de dix ans ont laissé entendre que les femmes ayant subi une transplantation d'ovaires à un âge plus avancé ressentaient non seulement une récupération de la fertilité, mais également d'autres effets bénéfiques. En 2010, des scientifiques de la Kato Women's Clinic ont
découvert qu'après une transplantation ovarienne, les souris femelles vivent plus longtemps et, chez l'homme, cette procédure encourage les femmes matures, généralement inactives, à chercher leur âme sœur et à avoir des enfants. Les chercheurs ont reconnu qu'il restait encore beaucoup à faire pour évaluer l'impact sur les femmes.
Les progrès de l'impression tridimensionnelle ont déjà transformé certains domaines de la médecine, permettant aux médecins de fabriquer des pièces qui peuvent être directement implantées chez les patients. En 2016, des chirurgiens sud-coréens ont imprimé un talon en titane pour une personne ayant eu une tumeur enlevée.
Pendant ce temps, des chercheurs de Caroline du Nord ont
annoncé qu'ils avaient fabriqué des oreilles, des mâchoires et des muscles squelettiques en utilisant des structures imprimées en trois dimensions remplies de cellules vivantes. D'autres groupes de scientifiques ont
imprimé des réseaux vasculaires qui seront essentiels à la création de grands organes synthétiques en laboratoire.
doi:
10.1038 / ncomms15261