Biofabrication d'un greffon de tissu conjonctif oral par bio-impression 3D – PERIOPRINT

Le projet PERIOPRINT repose sur des méthodes innovantes combinant la fabrication additive de tissus vivants et l’utilisation de matériaux intelligents pour reproduire les propriétés de la gencive naturelle. La bioimpression en trois dimensions permet de créer des structures complexes et personnalisées, couche par couche, à l’aide d’encres biologiques à base de collagène et d’acide hyaluronique modifiés, formant des hydrogels compatibles avec les cellules. Ces hydrogels offrent un environnement favorable à la survie et à la croissance cellulaire, tout en contrôlant leurs propriétés mécaniques.

Pour favoriser la formation de vaisseaux sanguins, essentiels à la survie des greffons, les chercheurs utilisent une coculture de cellules de la gencive humaine (fibroblastes gingivaux) et de cellules de vaisseaux sanguins (cellules endothéliales), cultivées ensemble dans un ratio précis. Cette approche permet de créer des réseaux vasculaires stables avant l’implantation. L’ajout de peptides stimulant la formation de vaisseaux sanguins renforce cette prévascularisation.

Pour surmonter le manque de données sur les propriétés mécaniques de la gencive, l’équipe a développé des méthodes de mesure précises (rhéologie) pour caractériser la rigidité et l’élasticité des tissus, permettant de reproduire ces propriétés dans les greffons artificiels. Les tests en laboratoire ont évalué la viabilité cellulaire, la stabilité des réseaux vasculaires et la résistance mécanique des constructs. Des tests sur animaux (souris, rats) ont confirmé la biocompatibilité, l’intégration tissulaire et la formation de connexions vasculaires fonctionnelles avec l’hôte.

Ces méthodes répondent aux défis majeurs : vascularisation des grands greffons grâce à la prévascularisation, standardisation des protocoles grâce à la caractérisation mécanique, et intégration à long terme grâce aux tests in vivo. La bioimpression à grande échelle est rendue possible par l’optimisation des paramètres d’impression et des protocoles de production. Enfin, le développement de méthodes de stérilisation adaptées permet d’envisager une utilisation clinique future en toute sécurité.

Le projet PERIOPRINT a obtenu des résultats majeurs qui ouvrent la voie à une révolution dans le traitement des problèmes de gencive, touchant des millions de personnes dans le monde. Parmi les avancées les plus significatives, l’équipe a réalisé la première caractérisation complète des propriétés mécaniques de la gencive humaine, jamais mesurée auparavant. Cette découverte permet désormais de concevoir des matériaux artificiels reproduisant fidèlement la souplesse et la résistance de la gencive naturelle. Elle a également confirmé que le porc peut servir de modèle fiable pour tester ces solutions avant leur application chez l’humain, accélérant ainsi la recherche.

Parallèlement, les chercheurs ont développé une encre biologique innovante, à base de collagène et d’autres composants naturels, spécialement conçue pour soutenir la croissance des cellules de la gencive. Grâce à la bioimpression 3D, cette encre permet de créer des greffons sur mesure, parfaitement adaptés à chaque patient. Une autre découverte clé concerne la création de réseaux de vaisseaux sanguins directement dans les greffons avant leur implantation. En combinant des cellules de la gencive et des cellules formant naturellement les vaisseaux sanguins, l’équipe a réussi à générer des réseaux vasculaires stables et fonctionnels.

Après implantation chez des animaux, ces greffons ont démontré une excellente intégration avec les tissus environnants et, surtout, une connexion fonctionnelle avec le système vasculaire de l’hôte, essentielle pour leur survie à long terme. Une analyse approfondie de la littérature scientifique a par ailleurs confirmé que la formation de vaisseaux sanguins est un facteur clé pour la réussite des greffons de gencive.

Ces résultats, en partie déjà publiés dans des revues scientifiques, représentent une avancée majeure vers une alternative aux greffes traditionnelles, souvent douloureuses et limitées par la quantité de tissu disponible. Pour les patients, cette innovation pourrait signifier des traitements moins invasifs, avec moins de douleur postopératoire, un rétablissement plus rapide et une meilleure qualité de vie. Elle pourrait aussi élargir l’accès aux soins pour les patients actuellement exclus des greffes traditionnelles en raison de contre-indications médicales ou d’un manque de tissu donneur.

Le projet PERIOPRINT ouvre des perspectives prometteuses à la fois sur le plan clinique, technologique et scientifique, avec des applications et des pistes de développement qui dépassent largement le cadre initial du projet.

Sur le plan clinique, la première application directe concerne le traitement des récessions gingivales, où les greffons bioimprimés et prévascularisés pourraient remplacer les autogreffes traditionnelles, réduisant ainsi la morbidité postopératoire et évitant les prélèvements douloureux au niveau du palais. Cette approche élargirait également l’accès aux soins pour les patients présentant des contre-indications ou des besoins reconstructifs étendus. À moyen terme, cette technologie pourrait être appliquée au traitement des défauts péri-implantaires, améliorant la stabilité et la longévité des implants dentaires. Plus largement, les méthodes développées pourraient trouver des applications en médecine régénérative pour d’autres tissus mous, comme la peau (brûlures, ulcères chroniques) ou le cartilage, où la création de substituts personnalisés et prévascularisés représente un enjeu majeur.

Sur le plan technologique, les avancées réalisées ouvrent la voie à plusieurs développements innovants. L’optimisation des bioencres, notamment avec l’incorporation de peptides pro-angiogéniques, pourrait être étendue à d’autres applications en ingénierie tissulaire. Le développement de plateformes de bioimpression à grande échelle, capables de produire des greffons de taille clinique avec une viabilité cellulaire optimale, représente une autre piste majeure. Par ailleurs, l’amélioration des protocoles de stérilisation, compatibles avec les cellules vivantes et les biomatériaux, est essentielle pour une future application clinique.

Scientifiquement, le projet a révélé des pistes de recherche originales et inattendues. La découverte du rôle périvasculaire des fibroblastes gingivaux, initialement non anticipée, ouvre de nouvelles perspectives pour la stabilisation des réseaux vasculaires dans l’ingénierie tissulaire, avec des implications potentielles pour d’autres tissus nécessitant une vascularisation rapide. De plus, la caractérisation rhéologique complète de la gencive humaine, initialement non prévue, a permis d’établir des valeurs de référence pour de futures recherches.

À long terme, ces innovations pourraient réduire les inégalités d’accès aux soins en odontologie régénérative, en offrant des solutions moins coûteuses, moins invasives et plus accessibles. Enfin, PERIOPRINT renforce l’expertise française en bioimpression 3D et en ingénierie tissulaire, avec des retombées sur l’innovation médicale et la compétitivité industrielle.

État des lieux : La récession gingivale touche 85% de la population adulte. L'autogreffe de muqueuse gingivale est le traitement de référence, mais est mutilante, douloureuse ou parfois impossible. L'utilisation d'une membrane biodégradable associée à un lambeau déplacé coronairement présente un retard de cicatrisation et un volume de restauration limité. L’ingénierie tissulaire apparait comme une piste intéressante pour améliorer le remodelage et le volume des greffes. Le défi consiste à assurer le développement rapide d'une irrigation sanguine après l'implantation. La bio-impression permet de concevoir la structure interne pour faciliter l'intégration des tissus.

Objectif du projet et hypothèse de recherche : L'objectif du projet PERIOPRINT est de fabriquer in vitro un greffon de tissu conjonctif gingival en utilisant la bio-impression 3D de couches cellularisées. L'hypothèse est que la bio-impression in vitro permettra de fabriquer de grands greffons viables in vivo, en combinant la conception de canaux de diffusion et de réseaux pré-vascularisés, facilitant tous deux la survie des cellules après la transplantation in vivo.

Résultats récents : Parmi de nombreux hydrogels, un gel de collagène métacrylé nous a permis d'imprimer des cellules viables. Récemment, nous avons réussi à fabriquer des réseaux de vaisseaux stables en mélangeant des fibroblastes gingivaux humains avec des cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine.

Méthodologie : Actuellement, nos objectifs spécifiques sont (i) l'évaluation de la maturation in vitro de la construction multicouche de grande taille, (ii) l'évaluation du comportement in vivo de la construction en sous-cutanée chez la souris nude (connexion à la vascularisation de l'hôte et remodelage dans le temps), et (iii) l'étude du potentiel régénérateur in vivo de la construction, ainsi que de la réponse immunitaire, dans la gencive de rat.

L'équipe : INSERM U1026 BioTis, INSERM ART BioPrinting, CNRS U5248.