Des chercheurs japonais sont parvenus à créer artificiellement des microfibres bourrées de protéines et de cellules, qui peuvent ensuite être pliées et tissées pour reproduire certaines fonctions des tissus vivants.

Shoji Takeuchi, de l’Institut de science industrielle de Tokyo, et son équipe, sont ainsi parvenus à stabiliser le taux de sucre d’une souris diabétique à laquelle ils avaient implanté une de leurs créations renfermant des cellules du pancréas sécrétant de l’insuline.

Ces « microfibres cellulaires » pourraient à terme permettre aux médecins de reconstruire « in vivo » des tissus musculaires, des vaisseaux sanguins ou des réseaux nerveux, estiment les chercheurs, qui publient leurs travaux dimanche dans la revue scientifique britannique Nature Materials.

Les scientifiques savent depuis longtemps fabriquer des microfibres à base d’hydrogel artificiel – un gel polymère contenant une très forte proportion d’eau – et les combiner pour former des structures en 3D. Mais ces gels n’étant pas des constituants naturels des enveloppes de la cellule, ils ne sont pas capables de reproduire les liaisons cellulaires caractéristiques des tissus vivants.

Quant aux protéines constituant l’enveloppe des cellules (protéines extracellulaires), comme le collagène ou la fibrine, elles demandent beaucoup plus de temps pour se gélifier et ne peuvent donc pas remplacer l’hydrogel artificiel avec ces techniques classiques.

Pour réaliser leurs « fibres cellulaires », les chercheurs japonais ont donc procédé en plusieurs étapes.

D’abord, ils ont utilisé une sorte de micro-seringue pour créer un minuscule tube d’hydrogel artificiel classique, un boyau fourré comme un boudin d’un mélange de protéines et du type de cellules souhaité.

Bien protégé par ce tube d’hydrogel, les protéines ont tout le temps nécessaire pour se transformer à leur tour en un gel solide, tandis que les cellules du mélange se multiplient confortablement dans un milieu propice.

Dernière étape du procédé: une enzyme digère l’hydrogel artificiel et libère la fibre cellulaire de son moule.

Briques pour la reconstruction

Trois types de protéines et dix sortes de cellules différentes ont été testées avec succès pour produire une fibre au diamètre microscopique mais mesurant jusqu’à un mètre de long, souligne l’étude.

Shoji Takeuchi et son équipe ont ensuite voulu tester les capacités de leur invention.

Une fibre fabriquée à partir de cellules cardiaques de rat commençait à se contracter spontanément au bout de trois jours, faisant bouger la totalité de la structure.

Une autre fibre, incorporant des cellules qui tapissent les veines humaines (endothéliales), fabriquait au bout de quatre jours une réplique de vaisseau sanguin. Une troisième, réalisée à base de cellules cérébrales de rat, parvenait à créer un réseau de neurones le long de ce tube.

Mieux encore, les chercheurs ont ensuite tissé trois fibres cellulaires, d’une longueur totale de 2,5 mètres, pour produire une sorte d’étoffe de 2 cm sur 1 cm, elle-même pliée pour aboutir à une structure en trois dimensions.

Pour les auteurs, c’est la preuve que leurs « fibres cellulaires peuvent servir de +briques+ pour des assemblages de tissus plus complexes » dont les fonctions peuvent être régulées en faisant communiquer entre elles les cellules qui les composent.

Grâce à une fibre de 20 cm de long renfermant des cellules pancréatiques, pliée puis implantée dans le rein d’une souris diabétique, ils ont stabilisé son taux de sucre dans le sang durant au moins 13 jours.

Le procédé pourrait être perfectionné grâce à d’autres « techniques d’assemblage, comme le moulage, l’impression ou l’auto-assemblage », pour reconstruire des tissus complexes à grande échelle où « les vaisseaux sanguins et réseaux nerveux seraient intégrés organiquement à d’autres types de cellules », estiment les auteurs.