Des chercheurs parviennent à imprimer en 3D des follicules pileux

À l’Institut polytechnique Rensselaer (RPI), à New York, une équipe de chercheurs s’est penchée sur l’impression 3D de follicules pileux, cette petite poche d’épiderme dans laquelle nos poils poussent. Ils remplissent un rôle important puisqu’ils permettent la production de sueur et la régulation de la température du corps et favorisent la cicatrisation de la peau. Ils sont également essentiels dans les tests dermatologiques car de nombreux médicaments et produits cosmétiques pénètre dans l’organisme par la peau.

Des modèles de peau reconstruite ont été conçus pour ces tests médicaux depuis des décennies, mais il existe encore des lacunes en termes de complexité et d’exhaustivité. À ce jour, aucun modèle de peau ne comporte d’unités de follicules pileux entièrement développées. Toutefois, l’émergence des technologies de bio-impression pourrait combler cette lacune et créer des modèles de peau biologiquement et physiologiquement représentatifs qui ressemblent davantage à la peau naturelle et sont mieux adaptés aux études d’efficacité que les modèles de peau actuellement disponibles. C’est dans ce cadre-là que s’inscrit l’étude de nos chercheurs.

Jusqu’à présent, les modèles de peau issus du laboratoire étaient incomplets (crédits photo : Chanel).

Les scientifiques, dirigés par le Dr Pankaj Karande, professeur agrégé de génie chimique et biologique, ont réussi à utiliser l’impression 3D pour incorporer pour la première fois des follicules pileux dans des tissus cutanés humains cultivés en laboratoire. Cet exemple inédit donne un aperçu de la manière dont l’impression 3D pourrait ouvrir la voie à de futurs tests de médicaments et à des greffes de peau. Shekhar Garde, doyen de l’école d’ingénierie de Rensselaer, ajoute : « Les travaux du Dr Karande sont un excellent exemple des avancées réalisées par les chercheurs du RPI à l’interface de l’ingénierie et des sciences de la vie, qui ont un impact sur la santé humaine. L’introduction de l’impression 3D multicanal dans le domaine biologique ouvre des perspectives passionnantes qu’il aurait été difficile d’imaginer par le passé. »

Follicules pileux dans les tissus imprimés en 3D

L’étude a été publiée sous le titre « Incorporation of hair follicles in 3D bioprinted models of human skin » dans Science Advances en octobre 2023. Leur travail diffère des approches précédentes en ce qu’il inclut pour la première fois des follicules pileux dans des modèles de peau et se distingue par la technologie d’impression utilisée. « La reconstruction de follicules pileux à l’aide de cellules d’origine humaine a toujours été un défi. Certaines études ont montré que si ces cellules sont cultivées dans un environnement tridimensionnel, elles peuvent potentiellement donner naissance à de nouveaux follicules pileux ou à des tiges de cheveux, et notre étude s’appuie sur ces travaux« , a commenté M. Karande à propos de l’approche de l’étude.

Les chercheurs ont cultivé des cellules de peau et de follicule en laboratoire et les ont ensuite transformées en bio-encre pour être compatible avec une imprimante 3D développée sur-mesure. Pour ce faire, il était essentiel de multiplier les cellules de la peau et du follicule en laboratoire afin de disposer d’un nombre suffisant de cellules imprimables. Dans une étape ultérieure, les chercheurs ont mélangé chaque type de cellule avec des protéines et d’autres matériaux pour produire la bio-encre imprimable. Celle-ci a ensuite été appliquée sur une aiguille très fine, ce qui a permis à l’imprimante d’imprimer un modèle de peau couche par couche, tout en créant des canaux pour le dépôt et l’incorporation des cellules de cheveux.

Au fil du temps, ces canaux autour des cellules se sont remplis de cellules cutanées, imitant ainsi la structure folliculaire de la peau humaine. « Notre travail est une preuve de concept que les structures de follicules pileux peuvent être créées de manière très précise et reproductible à l’aide de la bio-impression 3D. Ce type de processus automatisé est nécessaire pour rendre possible la future biofabrication de la peau« , explique encore le Dr Pankaj Karande.

Impression 3D de follicules pileux dans la peau. (A) Représentation schématique de l’impression des structures de follicules pileux dans les modèles de peau reconstruits. (B) Image en direct d’un modèle de peau cultivée au jour 2 (crédits photo : Science Advanced)

L’impression 3D pour les futures greffes ?

Actuellement, le tissu cutané imprimé en 3D avec les follicules pileux ne survit que deux à trois semaines. Cette courte durée de vie est loin d’être suffisante pour le développement des tiges capillaires. La technologie n’est donc pas encore en mesure de produire des greffons de peau qui font pousser des cheveux. Néanmoins, les résultats de l’étude montrent un progrès significatif dans cette direction. À l’avenir, les chercheurs souhaitent également se concentrer sur l’allongement de la durée de vie des tissus cutanés afin que les follicules pileux puissent continuer à mûrir et être utilisés pour des tests de médicaments et des greffes de peau.

Carolina Catarino, Ph.D., auteure principale de l’étude, déclare : « À l’heure actuelle, les modèles de peau contemporains – les structures techniques qui imitent la peau humaine – sont assez simples. Augmenter leur complexité en ajoutant des follicules pileux nous donnerait encore plus d’informations sur la façon dont la peau interagit avec les produits topiques. » En effet, les progrès de la technologie pourraient avoir un impact positif à la fois sur la médecine régénérative et sur les tests cosmétiques en permettant d’obtenir des modèles de peau plus complexes et plus pertinents sur le plan biologique.

Ce qui est certain, c’est que le travail de validation du concept a déjà contribué à étayer l’applicabilité de l’impression 3D, la bio-impression 3D participant de manière significative à une meilleure compréhension du développement de la peau, des vaisseaux sanguins, de la sueur et des glandes sébacées. L’étude est disponible ICI.

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*Crédits photo : Pankaj Karande, à gauche, et Carolina Catarino, à droite (RPI)