Bio-Impression de cellules souches par LASER pour la médecine réparatrice – ICELARE

L'objectif du projet interdisciplinaire ICELARE est de combiner la biologie cellulaire et des techniques avancées basées sur l’utilisation de lasers (impression assistée par laser, structuration de surface laser, fabrication de nanoparticules par laser) pour l'ingénierie tissulaire et la médecine régénérative. L'objectif est de créer et d'étudier des micro-environnements 2D/3D qui imitent au mieux la complexité et l'architecture in vivo des tissus afin de comprendre l'interaction des cellules avec le milieu dans lequel elles se développent. On cible en particulier l'optimisation de la différenciation des cellules musculaires et la formation de jonctions neuromusculaires actives. La réussite du projet repose sur la complémentarité des expertises des deux laboratoires impliqués, le Laboratoire Lasers, Plasmas et Procédés Phoniques dans le domaine des procédés laser et le Centre de Génétique Médicale de Marseille dans le domaine des cellules souches appliqué à la différentiation musculaire.
La fonction contractile du muscle peut être modifiée dans différentes situations telles que les traumatismes ou certaines maladies. Si le muscle possède de bonnes capacités de régénération, cette faculté est limitée lors d’un trauma trop grand. Une demande importante existe pour le développement de protocoles efficaces afin de produire des modèles cellulaires reproductibles et standardisés pour les pathologies affectant les muscles ainsi que la production de greffons thérapeutiques pour la réparation de tissus fonctionnels. Une solution est la construction de tissu musculaire in vitro et ex vivo mais cela dépend fortement de la capacité à recréer la complexité cellulaire du tissu pour assurer la survie, la vascularisation et la maturation fonctionnelle des cellules greffées.
L'émergence de la technologie des cellules souches pluripotentes induites ont conduit à la mise au point de nouvelles thérapies. Mais dans le cas des cellules musculaires le niveau de différenciation et la maturation des tissus restent limités et un développement expérimental est encore nécessaire pour obtenir des cellules suffisamment différenciées. Jusqu'à présent, les avancées en matière de médecine réparatrice musculaire et la modélisation des pathologies musculaires acquises ou congénitales par ces approches ont été entravées par l’absence de méthode satisfaisante pour générer des cellules musculaires à partir de cellules souches humaines.
Une façon d'améliorer ces processus est de tirer parti de l'ingénierie tissulaire. Ainsi, la capacité de positionner précisément des cellules dans des modèles 2D/3D complexes s’avère être d’une importance essentielle pour l’optimisation et la validation d’approches sur la différentiation ex vivo et l’élaboration de nouveaux modèles contrôlés et reproductibles. En outre, le guidage par topographie de contact sur des micro/nano échelles, de même que l’influence de nanoparticules dans le milieu de culture sont des paramètres émergents pour une différenciation et une régénération réussie. Il s’agit d’un défi majeur pour de futurs progrès en ingénierie tissulaires en particulier pour une médecine régénérative efficace sur site. Dans le cadre d’ICELARE, 3 procédés (bio-impression, structuration de surface et ajout de nanoparticules) seront mis en œuvre avec l’assistance de laser impulsionnels ce qui confère à chacun d’eux des avantages certains par rapport à des méthodes traditionnelles : méthode propre (pas de solvants ou additifs chimiques), procédé photonique (pas de perturbations dues à des pièces mécaniques en mouvement, pas de colmatage de buses, précision et contrôle très importants), pilotage numérique…
Les résultats escomptés représenteront une percée importante pour la recherche biomédicale et l’ingénierie tissulaire avec de nombreuses applications : recherche fondamentale, médecine régénérative, développements industriels en pharmacologie…