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PROJET OBJECTIFS ACTUALITÉS PARTENAIRES
À VOS AGENDAS !
 Évènement de clôture 3D4Med - 29 septembre 2022
 Université de Gand
L'évènement de clôture 3D4Med sera l'occasion pour les partenaires de présenter tous leurs travaux et d'échanger avec d'autres scientifiques, cliniciens et industriels sur le sujet de l'impression 3D dans le domaine de la médecine régénérative.
Cet évènement est en accès libre sur le site de l'université de Gand, l'inscription est obligatoire.
ACTUALITÉS DU PROJET
Nos partenaires, l'Université de Gand et la Katholieke Universiteit Leuven Campus Kortrijk, ont soumis en mars dernier un manuscrit au journal « Frontiers in Bioengineering and Biotechnology » dans la section Biotechnologie. Vous pourrez découvrir ci-après un résumé de ce travail ainsi que deux photographies.
Amélioration de la fusion des myoblastes et du diamètre des myotubes dans les constructions musculaires squelettiques humaines en 3D par stimulation électromagnétique
Lisanne Terrie, Margherita Burattini, Sandra Van Vlierberghe, Lorenzo Fassina, Lieven Thorrez
L'ingénierie tissulaire du muscle squelettique (SMTE) vise à générer in vitro des constructions 3D de muscle squelettique qui imitent la structure et la fonction du muscle natif. Bien que le muscle squelettique natif soit un tissu hautement dynamique, la plupart des approches en matière de recherche se focalisent encore sur des méthodes de culture cellulaire statiques, alors que les recherches sur les protocoles de stimulation font état d'un effet positif, notamment sur la myogenèse. Une construction musculaire plus mature pourrait être nécessaire, notamment pour des applications potentielles de réparation musculaire survenue après une blessure traumatique. La plupart des efforts déployés pour mettre au point des méthodes de culture dynamique de cellules ou de tissus sont axés sur la stimulation mécanique ou électrique, ou sur une combinaison des deux. Dans le cadre des méthodes dynamiques, la stimulation par champ électromagnétique pulsé (PEMF) a été largement utilisée dans l'ingénierie des tissus osseux, mais l'impact de la PEMF sur le développement des muscles squelettiques reste quant à lui peu exploré. Nous avons évalué les effets de la stimulation PEMF sur les cellules musculaires squelettiques humaines dans des expériences en 2D et en 3D. Tout d'abord, la PEMF a été appliquée sur des cultures 2D de myoblastes humains en cours de différenciation. En 2D, une myogenèse accrue a été observée, comme en témoigne l'augmentation du diamètre des myotubes et de l'indice de fusion. Dans un deuxième temps, les résultats obtenus en 2D ont été transposés à des muscles bio-artificiels (BAM) en 3D. Les BAM ont été soumis à la PEMF pendant des durées d'exposition variables. Une stimulation quotidienne de 2 heures s'est avérée efficace pour améliorer la formation de myotubes 3D. En troisième lieu, nous avons comparé l'application de ce protocole sur l'ensemble de la période de culture de 16 jours à une stimulation débutant au jour 8, une fois les myotubes formés. Cette dernière s'est avérée entraîner une augmentation significative du diamètre des myotubes, de l'indice de fusion et de l'expression de la chaîne lourde 1 de myosine. Ce travail montre le potentiel de la stimulation électromagnétique pour améliorer la formation de myotubes à la fois en 2D et en 3D, justifiant sa prise en compte dans les techniques de culture dynamique

Image 1. Configuration du bioréacteur électromagnétique et de la plaque de culture. La plaque de culture est située entre les bobines de Helmholtz, qui génèrent des courants induits dans les puits

Image 2 (A) : Images de microscopie confocale de BAM non stimulées (culture statique), stimulées par PEMF à raison de 2 heures/jour pendant toute la formation des myotubes (jours 1-16) ou seulement après 5 jours de fusion de myoblastes non stimulés (stimulation par PEMF jours 8-16). En bleu : noyaux colorés par DAPI ; en rouge : myotubes colorés pour la tropomyosine. Barre d'échelle : 50 µm. (B) Quantifications à partir des images de coloration de la tropomyosine via le logiciel Fiji.
 
Impression 3D d'échafaudages biodégradables et à mémoire de forme
L'IMT/Armines, l'Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA) et l'Université de Mons (UMons) travaillent en étroit partenariat. Dans le cadre de nos projets, l'IMT/Armines est en charge du développement d'implants par fabrication additive ainsi que de certaines caractérisations, notamment l'imagerie microscopique et la détermination des propriétés thermiques et mécaniques des échafaudages imprimés en 3D. L'UMons possède une expertise et des équipements de caractérisation complémentaires à ceux de l'IMT, notamment pour l'étude de la dégradation des implants par chromatographie par perméation de gel (GPC). Les membres de l'URCA sont des experts en tests biologiques et étudient, entre autres, l'éventuelle biocompatibilité des implants et leur comportement in vitro puis in vivo.
Dans les newsletters précédentes, nous avions présenté des échafaudages PLA et PLA/HA potentiellement biodégradables.
Depuis, ces derniers ont été testés biologiquement par l'URCA et diverses caractérisations ont été réalisées par l'IMT et l'UMons (tests mécaniques, DSC, GPC etc.). Les deux types d'échafaudages se sont avérés biocompatibles et capables d'induire la prolifération cellulaire. La présence de HA a grandement contribué à la biodégradation des échafaudages lors du conditionnement dans un milieu de culture cellulaire à 37 °C (voir Image 1), alors que les échafaudages en PLA pur ne se sont pratiquement pas biodégradés.

Image 1 Conditionnement des échafaudages dans un milieu de culture cellulaire à 37 °C
La biodégradation des échafaudages a été évaluée par GPC, sur laquelle nous avons constaté que la masse moléculaire du PLA diminuait fortement dans le cas des échafaudages PLA/HA. La DSC a permis de confirmer ce résultat en révélant des changements importants dans les températures caractéristiques du PLA. Par exemple, une diminution de la température de cristallisation à froid a été observée, confirmant la diminution de la masse molaire des chaînes de PLA dans les échafaudages PLA/HA. Les tests mécaniques de compression ont confirmé la meilleure biodégradation des échafaudages PLA/HA en montrant une diminution plus importante de leurs propriétés mécaniques que celles des échafaudages en PLA pur (par exemple, la résistance à la compression des échafaudages en PLA pur n'a presque pas changé et est restée 6 fois supérieure à celle des échafaudages PLA/HA après 5 mois dans un milieu de culture à 37 °C).
Image 2 Test mécanique avant/après conditionnement (à 37 °C)
Concernant les échafaudages à mémoire de forme, depuis la dernière newsletter, de nombreux échafaudages TPU ont été imprimés en 3D, selon les paramètres identifiés après les qualifications du matériau (détermination des meilleurs paramètres d'impression). Les propriétés de mémoire de forme ont été évaluées en comprimant les échafaudages à chaud, en les fixant dans de l'eau glacée et en les redéployant à leur température de transition (~43 °C). Il a été constaté que la récupération était presque totale, comme en témoigne l'image numéro 3.
Image 3 : Échafaudage compressé fixé dans sa forme temporaire (à gauche) ; échafaudage ayant retrouvé sa forme permanente
Après activation de ces échafaudages par du plasma, des cellules souches ont été ensemencées sur ces échafaudages par l'URCA (Image 4). La viabilité des cellules a été contrôlée pendant 21 jours de culture. Les résultats préliminaires ont révélé que ces échafaudages ne sont pas cytotoxiques et permettent la prolifération des cellules dans le temps.
Image 4 : Echafaudages TPU ensemencés avec des cellules souches dans un milieu de culture cellulaire
CONSORTIUM
3D4Med est issu d’une collaboration entre des groupes de recherche académiques, des hôpitaux universitaires et des PME à travers une recherche transdisciplinaire appliquée en sciences des matériaux, ingénierie tissulaire et médecine.
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À propos de 3D4Med
3D4Med est un projet Interreg France-Wallonie-Vlaanderen dont l'objectif est de développer des matrices 3D à mémoire de forme pour l’ingénierie tissulaire, dans le but de reconstruire, régénérer ou remplacer la fonction de tissus ou d’organes déficients.
3D4Med-interreg.eu
 
CONTACTS



Prof. Jean-Marie Raquez
jean-marie.raquez@umons.ac.be

Dr. Samira Benali
samira.benali@umons.ac.be

 
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