Développement de patchs perfusables par bioimpression 3D pour une application potentielle dans la régénération de tissu cardiaque

Abstract

Les maladies cardiovasculaires sont une des causes de mortalités les plus élevées mondialement. Parmi celles-ci, on retrouve l’infarctus du myocarde, qui n’a pour traitement que la transplantation cardiaque. Or, dû à la faible quantité de donneur, une solution alternative est recherchée. De ce fait, l’ingénierie tissulaire permet le développement de tissus et d’implants thérapeutiques tels les patchs cardiaques, qui peuvent être bioimprimés. Or, une des limitations actuelles de l’utilisation d’une telle stratégie est la vascularisation de tissu bioimprimés. Dans cette étude, la bioimpression 3D a été utilisée afin de bioimprimer des patchs perfusables de gélatine méthacrylate (GelMA) à utiliser potentiellement pour le tissu cardiaque. Il a été possible de développer une bioencre pouvant être utilisée pour une application dans le tissu cardiaque, d’évaluer l’imprimabilité de l’encre et de bioimprimer de patchs standards et perfusables. Pour ce faire, GelMA a été synthétisé et les propriétés mécaniques ont été évaluées pour finalement sélectionner une encre de 10 % GelMA, ayant un module de Young approprié pour le tissu cardiaque, de 23,7±5,1 kPa. Par la suite, les processus d’impression, standard et coaxial, de patchs standards et perfusables ont pu être optimisés. Finalement, des patchs perfusables de GelMA 10% et gélatine 2% ont pu être imprimés avec une viabilité cellulaire élevée, jusqu’à 79,7±8,7 % et 83,5±5,7 % obtenue aux jours 1 et 7 de culture respectivement, avec des fibroblastes 3T3. La présence de canaux vides et la perfusabilité des patchs démontrent le potentiel de cette méthode pour éventuellement bioimprimer des patchs cardiaques vascularisés épais.

Cardiovascular diseases are a leading cause of death worldwide. Myocardial infarction captures a significant segment of this population, and the end-stage myocardial infarction can only be treated by heart transplantation. However, due to the scarcity donors, tissue engineering has been considered as an alternative solution. Tissue engineering allows the development of tissues and therapeutic implants such as cardiac patches. However, one of the main hurdles in the use of such a strategy is the vascularization of bioprinted tissue. In this study, 3D bioprinting was used to bioprint perfusable gelatin methacrylate (GelMA) patches for a potential use in cardiac tissue. This work consists in the development of a bioink that can be used for the cardiac tissue, the evaluation of the printability of the ink, and the final bioprinting of standard and perfusable patches. For this purpose, GelMA was synthesized and a final concentration of 10 % was selected as it showed an appropriate Young's modulus for cardiac tissue, of 23.7±5.1 kPa, while maintaining high biocompatibility. Subsequently, the printing process of standard and perfusable patches could be optimized with the use of GelMA and gelatin inks. Finally, 10% GelMA and 2% gelatin vascularized patches could be printed with high cell viability, of up to 79,7±8,7 % and 83,5±5,7 % on days 1 and 7 of culture respectively for 3T3 fibroblasts. Additionally, the presence of hollow channels of the perfusable patches demonstrates the potential of this method to be eventually applied to the bioprinting of thick vascularized cardiac patches.