Utiliser des tissus artificiels pour alimenter la robotique biohybride
Une fine couche cellulaire appelée épithélium recouvre chaque surface de notre corps, tant à l’intérieur qu’à l’extérieur. Les tissus épithéliaux comprennent notamment la couche externe de notre peau (l’épiderme), la paroi de notre cavité abdominale et nos glandes sudoripares. «Un bon exemple est la paroi de notre intestin, qui doit absorber les nutriments et les liquides», explique le coordinateur du projet EpiFold Xavier Trepat(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) de l’Institut de bio-ingénierie de Catalogne(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) en Espagne. «Le tissu épithélial agit comme une barrière, mais en plus, il est très spécifique et très fonctionnel.» Cette fonctionnalité est déterminée par la forme tridimensionnelle (3D) du tissu. Cependant, nous ignorons encore beaucoup de choses sur la manière dont les processus tels que la déformation, la croissance et le remodelage se combinent pour créer des structures 3D fonctionnelles. C’est cette lacune que le projet EpiFold, soutenu par le Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), s’est efforcé de combler. En outre, en découvrant les processus qui modulent la forme et la mécanique du tissu épithélial, l’équipe du projet souhaitait également ouvrir la voie à la création de robots biohybrides de nouvelle génération. Ceux-ci pourraient un jour avoir des applications dans des domaines tels que les soins de santé.
Comprendre le comportement des tissus épithéliaux
«Nous avons commencé par développer une technologie permettant de mesurer et de manipuler la mécanique de ces couches» explique Xavier Trepat. «Nous voulions mieux comprendre le comportement du tissu épithélial, en particulier dans la muqueuse de l’intestin.» Pour ce faire, des organoïdes (cultures tissulaires en 3D dérivées de cellules souches) ont servi à étudier la façon dont les épithéliums adoptent des formes en 3D. Des technologies de pointe telles que le micropatterning, la microfluidique, l’optogénétique et le génie mécanique ont été appliquées pour mieux comprendre le comportement des tissus épithéliaux. «Nous voulions également voir si nous pouvions utiliser ces cellules dynamiques pour construire des composants d’ingénierie», ajoute Xavier Trepat. «Les cellules ont des propriétés dont les matériaux inertes sont dépourvus, comme l’autoréparation et l’autoalimentation.»
Division, migration et changement de fonction physiologique
Le projet a permis de mettre au point de nouvelles technologies pour mesurer le comportement de ces cellules. «L’intestin est dans un état constant d’autorenouvellement», explique Xavier Trepat. «Toute la surface de notre intestin se renouvelle chaque semaine, grâce à des cellules qui se divisent, migrent, changent de fonction physiologique et finissent par mourir. C’est un environnement très dynamique.» Le projet EpiFold a apporté un nouvel éclairage sur le fonctionnement exact de ce processus et la manière dont la surface de notre intestin se renouvelle. «Désormais, nous comprenons mieux les forces physiques en jeu», fait remarquer Xavier Trepat. «Nous pouvons visualiser ces processus in vitro grâce à notre organoïde combiné à nos technologies de mesure.» Des expériences sur organoïdes ont également montré que la récurrence métastatique dans le cancer colorectal(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) provient de cellules EMP1+ résiduelles présentes dans le tissu épithélial. Ces travaux s’appuient sur des recherches qui suggèrent que les tumeurs exploitent les fonctions des cellules non cancéreuses de leur microenvironnement pour s’étendre et former des métastases. «Le projet était axé sur les intestins», explique Xavier Trepat. «Cependant, il existe de nombreux autres tissus, comme le poumon, le sein et la peau, où nos technologies peuvent être appliquées.»
Transformer les cellules en éléments constitutifs des matériaux
EpiFold, qui devrait prendre fin en décembre 2025, se concentrera désormais sur la partie la plus ambitieuse du projet, à savoir la transformation des cellules en éléments constitutifs des matériaux. «Nous savons que ce sera très difficile, mais nous avons déjà commencé à essayer», note Xavier Trepat. «Nous pouvons créer de petits canaux constitués de cellules et nous cherchons à générer des pompes cellulaires.» L’intérêt d’utiliser des cellules est qu’elles sont vivantes. Les applications pourraient donc être autoalimentées et autocicatrisantes, remplissant des fonctions qu’il serait autrement difficile de concevoir à partir de matériaux inertes. Les utilisations finales potentielles pourraient être l’administration de médicaments et la chirurgie, où les matériaux déformables seraient très utiles. «Il s’agit d’une recherche à haut risque, et nous ne savons pas encore exactement à quelles finalités cette technologie pourrait être destinée», ajoute Xavier Trepat. «Ce travail prendra du temps, car nous avons encore beaucoup à apprendre sur le comportement de ces systèmes cellulaires.»
Mots‑clés
EpiFold, biohybride, robotique, épithélial, santé, intestin, cancer, soins de santé
