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Dans un laboratoire de l’Université de Notre-Dame-du-Lac, des fils de gélatine plus fins que les cheveux humains les plus fins dessinent des chemins dans une matrice souple. Une fois la gélatine retirée, l’équipe de Yanliang Zhang et Yuxuan Liao obtient des réseaux de capillaires dont certains canaux mesurent moins de 10 micromètres de diamètre.
In a laboratory at the University of Notre-Dame-du-Lac, gelatin threads thinner than the finest human hairs draw paths through a soft matrix. Once the gelatin is removed, Yanliang Zhang and Yuxuan Liao’s team obtains capillary networks in which some channels measure under 10 micrometers in diameter.
Le défi tient à l’échelle, mais aussi à la diversité des vaisseaux. Un réseau naturel passe de conduits plus larges à des capillaires minuscules. Les chercheurs impriment donc la matrice par extrusion, en déposant des biomatériaux sous pression, puis ajoutent les fils de gélatine par impression par jet d’aérosol — l’AJP, une technique qui utilise un écoulement de gaz pour focaliser le dépôt. La gélatine se liquéfie dans l’eau chaude et laisse place aux canaux.
The challenge lies not only in the scale, but also in the diversity of blood vessels. A natural network transitions from wider conduits to tiny capillaries. The researchers therefore print the matrix by extrusion, depositing biomaterials under pressure, then add the gelatin threads using aerosol jet printing — AJP, a technique that uses a gas flow to focus the deposition. The gelatin liquefies in hot water and leaves behind the channels.
L’équipe ajoute un logiciel d’apprentissage automatique au procédé. Il affine le débit de l’encre et celui du gaz de gainage afin de choisir les paramètres adaptés à la taille de canal souhaitée, plutôt que de procéder uniquement par essais successifs. Les chercheurs ont ainsi fabriqué des réseaux hiérarchiques en une, deux et trois dimensions.
The team adds machine-learning software to the process. It fine-tunes the ink flow and the sheath-gas flow to select parameters suited to the desired channel size, rather than relying solely on successive trial and error. The researchers thus fabricated hierarchical networks in one, two and three dimensions.
Certains canaux ont ensuite reçu des cellules endothéliales, celles qui tapissent l’intérieur des vaisseaux sanguins. Elles ont adhéré rapidement aux parois et formé une monocouche comparable à celle observée dans des tissus humains vivants. Dans les essais décrits, cette couche a reproduit une fonction de barrière et les réseaux n’ont pas présenté de fuite.
Some channels were then seeded with endothelial cells, the cells that line the inside of blood vessels. They quickly adhered to the walls and formed a monolayer comparable to that observed in living human tissues. In the reported tests, this layer reproduced a barrier function and the networks showed no leakage.
Et alors, concrètement ? La méthode pourrait fournir des réseaux vasculaires à intégrer dans des tissus biomimétiques, des modèles d’organes sur puce pour évaluer des médicaments, ou des travaux de médecine régénérative et d’ingénierie d’organes. Elle s’attaque donc à une pièce essentielle de la bio-impression, mais le résultat reste au stade du laboratoire : aucune greffe ni aucun organe complet n’est décrit ici.
So what does this mean in practice? The method could provide vascular networks for integration into biomimetic tissues, organ-on-chip models for evaluating drugs, or regenerative medicine and organ-engineering research. It therefore tackles an essential part of bioprinting, but the result remains at the laboratory stage: no transplant or complete organ is described here.