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La création de tissus et d’organes de remplacement : science ou science fiction ?

La création d'organes de remplacement : science ou science fiction ?Depuis son apparition sur terre, l’Homme a souvent éprouvé le besoin de remplacer des parties du corps après mutilation, perte, ou défaillance. Toutefois, ce fut seulement après la mise au point des techniques d’asepsie, dans la deuxième moitié du 19e siècle, que ces pratiques furent étendues à l’intérieur du corps. Alexis Carrel, Claude Barnard et William Kolff sont devenus célèbres pour avoir été des pionniers dans leur domaine respectif et ont permis de développer la panoplie de prothèses qui sont couramment utilisées en chirurgie aujourd’hui.

 

 

Des millions de personnes vivent grâce à des implants et leur qualité de vie en bénéficie largement. La plupart de ces implants sont fabriqués avec des matériaux synthétiques. Bien que la majorité de ces implants fonctionnent, un certain pourcentage est défaillant après des périodes variables selon l’application. Une nouvelle stratégie a donc été envisagée dans les dernières dix-quinze années. Elle est basée sur le fait que les cellules de nos organes et tissus ont la capacité de se régénérer. Cette propriété est la seule qui distingue vraiment les matériaux biologiques des matériaux synthétiques. Et elle constitue la nouvelle frontière pour les chercheurs en bio ingénierie. Pourquoi ne pas reconstruire les parties malades avec des cellules saines du même patient? En commençant avec des parties, on espère être capable un jour de régénérer l’organe en entier …

 

Les stratégies envisagées sont multiples, mais il existe deux grandes directions à travers lesquelles cette recherche est supposée se réaliser. La première est l’approche de l’auto-assemblage, qui prévoit de cultiver des cellules prélevées sur des tissus de patients sains de façon à former des nouveaux tissus (qui remplaceraient éventuellement un tissu malade).

 

Échafaudage de génération de tissuL’autre approche comporte l’emploi de structures capables d’échafauder les cellules pendant leurs activités de régénération du tissu ou de l’organe. En effet, l’homme vit et se développe en deux dimensions, la troisième dimension étant très limitée par rapport aux deux autres. Bien que la taille d’un homme moyen soit de 175-180 cm, des réalisations bien plus hautes sont effectuées au quotidien, comme par exemple, les gratte-ciels. Et dans le passé, encore bien plus nombreux sont les exemples, comme les pyramides, les cathédrales ou la muraille de Chine. Le secret? Des structures d’échafaudages ou de « pontage », qui permettent à l’homme de réaliser ces œuvres qui sont pour la plupart intemporelles. L’idée est donc simplement de développer des structures d’échafaudages capables d’être colonisées (ou habitées) par des cellules. Il est escompté que les cellules, en habitant la structure, sont capables de régénérer un tissu. Afin que ce tissu puisse être employé pour remplacer un organe défaillant, le choix de la structure, des cellules, et l’environnement fourni aux cellules constituent les trois pré-requis majeurs.

 

En effet, la structure doit être mise au point à partir d’un matériau aux propriétés uniques, avec une porosité contrôlée, et une géométrie qui lui permette de reproduire, une fois colonisée par les cellules, les fonctions de l’organe défaillant. Les cellules aussi doivent provenir de source compatible avec ses applications futures, et il semble judicieux d’envisager une provenance directe du patient, à partir de ses tissus sains. Il s’agit, par exemple, d’extraire des cellules vasculaires à partir des vaisseaux sains pour régénérer (hors du corps, dans un environnement contrôlé) un segment artériel fonctionnel qui puisse être implanté pour remplacer un segment artériel malade et désormais dysfonctionnel.

 

BioréacteurFinalement, l’environnement dans lequel les cellules seraient mises en contact avec les structures d’échafaudage doit posséder des propriétés particulières. D’abord, nos organes étant développés de manière uniforme dans les trois dimensions, il s’agit de permettre la culture des cellules de manière tridimensionnelle. Bien que cela semble trivial, ce ne l’est pas. La culture cellulaire emploie des boites de Petri qui favorisent la culture en deux dimensions. Il n’est donc pas facile de cultiver une artère qui a une géométrie cylindrique. Des dispositifs appelés bioréacteurs ont été proposés, et cela constitue un choix scientifiquement intéressant. Nombreux sont les verrous technologiques qui entravent le développement de la science des bioréacteurs, mais le principal est sans doute celui de contrôler et diriger la régénération, c’est-à-dire l’activité cellulaire sur la structure d’échafaudage en vue de former un tissu ou un organe fonctionnel. Dans un bioréacteur, la plupart des variables sont fixes, comme par exemple le débit, la pulsation, la température, etc. Dans notre corps, aucune variable n’est fixe. Le débit et la pression sanguine, la pulsation cardiaque, la température, etc. changent au cours de la journée, parfois d’une minute à l’autre. Voilà pourquoi le contrôle des variables auxquelles cellules et structures sont soumises lors de la régénération reste un défi majeur. Des algorithmes génétiques et de structure de contrôle polyvalente sont envisagés, mais actuellement leur application reste quelque peu abstraite.

 

Les choix d'aujourd'hui sur une science de demainUne nouvelle science a vu le jour, celle de la régénération des tissus et des organes. Aujourd’hui, la portée de cette science semble très utopique, parfois même plus près de la science fiction que de la science tout court. Or, pour nos arrières grands-parents aussi les téléphones cellulaires sont apparus un jour comme un simple rêve … Les défis scientifiques sont nombreux et leur résolution impose aux scientifiques un travail concerté et une approche transversale. La maitrise de la complexité passe inévitablement par une approche trans ou multi-disciplinaire. Mais la science est modulée et balisée par les besoins sociaux et les choix politiques. L’éthique de son approche dépend d’une façon très étroite du mode de financement de la recherche. Si le financement public est réparti selon des critères d’excellence et d’ « évaluation par les pairs », celui du privé par capital de risque est octroyé à partir de considérations plutôt liées au retour sur l’investissement et à la vitesse à laquelle cela va se produire. Pour une approche éthique de cette recherche, il est primordial que la recherche dans ce domaine soit financée le plus éthiquement possible. Pour l’intérêt de la société mondiale actuelle et pour celui des générations futures.

 

Auteur : Diego Mantovani, Ph.D.
Professeur, chercheur et directeur Laboratoire de Biomatériaux et Bioingénierie de l’Université Laval, à Québec

 

Un commentaire

  1. Madeleine L dit :

    avec quel type d’instrument pensez-vous que l’on réaliserait ce genre d’expérience pour la production d’organe et de tissus de rechanges???

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