Prototypage 3D d'un disque intervertébral comme modèle standardisé pour l'étude de la dégénération du disque et des pathologies – INDEED

Contexte : La dégénérescence du disque intervertébral (DIV) est une cause majeure de douleurs et de handicap chez l’homme. L'étude des troubles du DIV est entravée par la complexité intrinsèque de cet organe et l'absence de modèles standardisés reproduisant sa structure, sa composition et ses propriétés mécaniques. Ceci constitue une limite importante à la compréhension des mécanismes responsables de la dégénérescence du disque intervertébral. L'objectif final du projet est de développer par bio-impression un prototype tridimensionnel tissulaire (3D) du DIV utilisable comme modèle standardisé et adaptable, plus performant que les systèmes déjà existants. Le savoir-faire acquis sera aussi un pas vers la biofabrication de substituts des tissus du DIV. Pour ce faire, notre projet s’organise selon quatre axes principaux : 1) Développement de bio-encres collagène -Acide Hyaluronique (COL-HA) et caractérisation des hydrogels obtenus. Notre stratégie repose sur l’association d'un dérivé tyramine de HA (THA) avec du COL non modifié puis de leur couplage par voie enzymatique ou photochimique. Le gradient et l'organisation matricielle spécifique de l'Annulus Fibrosus (AF) ou du Nucleus Pulposus (NP) seront obtenus en utilisant des techniques de fabrication additive. L’objectif est de définir les formulations les mieux adaptées en termes de processabilité et de propriétés des matériaux formés 2) Impression 3D et caractérisation mécanique. Nous développerons une stratégie pour imprimer dans la même construction à la fois des tissus de type AF et NP, en créant une interface stable entre eux et les gradients de densité spécifiques aux différents tissus. Notre objectif est d’obtenir une structure et tenue mécanique proche de celle du disque intervertébral. 3) Caractérisation biologique. Des cellules spécifiques de l’ AF / NP bovin ou des cellules souches humaines seront ensemencés dans les matériaux obtenus à partir des bio-encres pour mesurer leur viabilité, leur prolifération et leur phénotype, ainsi que le dépôt et l'organisation de matrice extracellulaire. L'impact du procédé d'impression sur le comportement cellulaire sera également étudié. Notre objectif est d’identifier les conditions optimales de bio-impression au regard des propriétés biologiques recherchées. 4) Validation finale du prototype. Le modèle de DIV sera fabriqué, ses propriétés mécaniques et biologiques étudiées et comparées avec celles de disques bovins et de la littérature. A l’issue de ce projet, nous viserons à pouvoir proposer un modèle 3D du DIV permettant l'évaluation de biomatériaux et de thérapies dans un environnement contrôlé, le modèle étant (i) standardisé, (ii) personnalisable dans sa composition biochimique et sa densité ce qui permettra de répondre à des questions de recherche fondamentale (iii), plus représentatif comparé aux modèles de bioréacteurs ex vivo standards ou des DIV d’animaux, dont la composition et la structure sont différentes de celles des humains et enfin (iv) indépendant de la disponibilité, variabilité des donneurs (avec une dégénérescence plus ou moins avancée). En outre, un tel modèle constituera une étape vers l'utilisation de l'ingénierie tissulaire et de l'impression 3D pour la fabrication de substituts de disques pour la médecine régénérative. Les résultats obtenus ci-dessus seront diffusés sous forme de communications durant les conférences internationales, de publications scientifiques dans des revues spécialisées et à fort impact, ainsi que dans les médias grand public. À long terme, l'avancement du processus d'impression 3D et le développement de la bio-encre auront un impact sur les laboratoires de recherche et les sociétés pharmaceutiques dédiées aux biothérapies régénératives innovantes.