La bio-impression assistée par laser de fibroblastes : contrôler l’organisation du collagène pour l’ingénierie tissulaire de la peau

Abstract

La peau constitue la première ligne de défense du corps et entretient ainsi des fonctionsvitales. En ingénierie tissulaire, les sciences de l’ingénieur sont appliquées à la biologie pourfabriquer des peaux in vitro. La bio-impression 3D a dernièrement révolutionné les moyens pourassembler et organiser de tels tissus. En particulier, la bio-impression assistée par laser (LAB)procure une haute résolution tout en préservant la viabilité cellulaire. Les modèles bio-imprimés,déjà utilisés pour remplacer l’expérimentation animale, sont davantage développés en cliniquepour réparer des plaies profondes traumatiques ou pathologiques. Le derme, majoritairementabsent des substituts cliniques actuels, confère à la peau ses propriétés mécaniques et structurelles.L’homéostasie matricielle du derme est assurée par les fibroblastes et est essentielle à la formationde l’épiderme. Dans la cicatrisation, ces cellules se différencient en myofibroblastes pour sécréteret remodeler la matrice extracellulaire qui referme la plaie. Ces travaux de thèses abordent lesenjeux de la bio-impression assistée par laser de fibroblastes et myofibroblastes sur collagènepour l’ingénierie tissulaire de dermes.Les paramètres clefs de l’organisation par LAB de fibroblastes sur collagène ont d’abord étéidentifiés. Les différents facteurs influençant le comportement des fibroblastes ont été étudiésafin de contrôler la maturation des motifs bio-imprimés. Deux populations de fibroblastes etmyofibroblastes ont été établies afin de prendre en compte la variété des comportements cellu-laires et d’auto-organisations des modèles bio-imprimés. Ces phénotypes étaient biologiquementpertinents de par leurs différents mécanismes d’interaction avec la matrice extracellulaire. En effet,l’organisation par LAB des deux populations sur collagène a permis l’émergence de remodelagesmatriciels distincts, tels que la contracture du collagène par les myofibroblastes ou l’orientationde la matrice par les fibroblastes. En contrôlant le phénotype, la distribution des cellules parLAB, et l’environnement matriciel 2D ou 3D, la répartition des tensions cellulaires dans lamatrice a engendré différentes réorganisations du gel de collagène à l’échelle tissulaire. Enfin,ces mécanismes de remodelage du collagène ont été mobilisés dans le cadre de la biofabricationde dermes par LAB. En fin de maturation, la réorganisation du collagène par les cellules a étéaffectée par le phénotype initial des fibroblastes bio-imprimés. En retour, la différenciation desfibroblastes en myofibroblastes dans les dermes en maturation a pu être contrôlée en modifiantles motifs de bio-impression LAB.Pour la biofabrication de peau, les déformations du collagène et les différenciations enmyofibroblastes pourraient être utilisées pour ajuster les épaisseurs respectives des dermes et desépidermes. Dans le domaine de la bio-impression, l’étude des interactions réciproques entre celluleset matrices, au cours du temps et à différentes échelles, permet le développement d’approches 4Dprometteuses pour contrôler l’émergence d’organisations tissulaires complexes in vitro.