Les échafaudages d’ingénierie tissulaire sont des structures constituées de substances artificielles ou naturelles qui agissent comme une forme sur laquelle les cellules peuvent se développer. L’échafaudage peut être inerte et ne pas interagir avec les cellules qui se développent dessus, ou il peut activement aider les cellules à se développer en libérant des signaux chimiques. De tels échafaudages sont utiles pour aider à reconstruire ou à remplacer les tissus humains perdus.
La base de l’ingénierie tissulaire est la création en laboratoire de nouvelles cellules et structures biologiques pour remplacer les tissus et organes perdus ou défectueux. Pour ce faire, les ingénieurs tissulaires ont besoin d’une forme – ou d’un échafaudage – sur laquelle faire croître les cellules, car les cellules cultivées en laboratoire ne forment pas de formes par elles-mêmes ; au lieu de cela, ils s’étalent sous une forme bidimensionnelle. Les échafaudages sont conçus pour encourager les cellules à se fixer et à se développer dans une forme prédéterminée spécifique.
Les échafaudages peuvent être fabriqués à partir de diverses substances. Ceux-ci incluent les plastiques, les protéines de soie, les céramiques de phosphate de calcium et même les polymères naturels tels que le collagène. En 2010, un hôpital de recherche espagnol expérimentait sur des cœurs humains prélevés sur des donneurs et dépouillés de toutes les cellules, laissant derrière eux la structure du collagène. L’objectif était de prélever des cellules d’un patient qui avait besoin d’une transplantation cardiaque et de permettre aux cellules de se développer sur la structure de collagène, créant ainsi un nouveau cœur que le système immunitaire n’attaquerait pas comme étranger.
Un échafaudage d’ingénierie tissulaire doit être poreux. Les pores permettent aux cellules de s’interconnecter et d’adhérer les unes aux autres. Idéalement, l’échafaudage devrait également libérer des produits chimiques qui aident à promouvoir la migration cellulaire, l’adhésion cellulaire et la différenciation en cellules spécialisées. Un autre avantage de certains échafaudages d’ingénierie tissulaire est qu’ils sont biodégradables, de sorte qu’ils se décomposent une fois que les cellules ont pris la forme souhaitée.
Un problème majeur avec certains échafaudages d’ingénierie tissulaire est que les cellules ont besoin d’oxygène et de nutriments pour se développer. Les cellules peuvent migrer dans les pores de l’échafaudage dans une certaine mesure. Cependant, une fois que les cellules commencent à pénétrer trop profondément dans les pores, elles ne reçoivent pas suffisamment de nutriments ou d’oxygène, car les couches supérieures des cellules bloquent le mouvement des nutriments et de l’oxygène dans les couches inférieures. Une innovation, appelée échafaudage de forme libre solide (SFF), contourne ce problème, car elle est conçue avec des vaisseaux sanguins artificiels qui transportent ces nutriments autour de la structure et éliminent les déchets. Des échafaudages d’ingénierie tissulaire SFF ont été expérimentés en 2011 pour perfectionner le système de vaisseaux sanguins artificiels afin que de grands organes complexes puissent être produits.
Les scientifiques ont déjà fabriqué de la peau en ensemençant des cellules cutanées de patients sur une structure de collagène. La peau est une structure bidimensionnelle, donc le problème de diffusion de l’oxygène et des nutriments n’a pas freiné le développement. Cette peau est utilisée dans les traitements impliquant des greffes de peau.