Applications of Laser-Assisted Bioprinting to corneal stroma engineering

La bioimpression assistée par laser (LAB) permet de positionner des gouttesde cellules avec une précision micrométrique. Il est ainsi possible de donner uneorganisation initiale aux cellules au sein d’une structure tissulaire 3D. Notre objectif estd’utiliser le LAB pour reproduire l’histo-architecture du stroma cornéen. Le stroma cornéenest un assemblage transparent de lamelles d’une épaisseur totale de 500 μm. Au sein dechaque lamelle, les fibres de collagène ont une même direction, un même diamètre et sontrégulièrement espacées grâce à la présence de protéoglycanes spécifiques du stromacornéen. Pour reproduire cette organisation, nous avons fait l’hypothèse qu’en alignant desfibroblastes du stroma sur un hydrogel de collagène à l’aide du LAB, il serait possibled’aligner les fibres de collagène dans la même direction. Du fait que les cellules impriméessont vivantes et dynamiques, le motif cellulaire initialement imprimé est soumis à desprocessus d’auto-organisation. Il a donc fallu déterminer les paramètres, à la foisd’impression et de culture, permettant d’obtenir de façon reproductible des alignements decellules stables dans le temps. Grâce à la microscopie à génération de secondeharmonique, le remaniement des fibres de collagène par les fibroblastes cornéens a pu êtreobservé. La direction des fibres de collagène correspond à celle de l’alignement cellulaire.En imprimant les fibroblastes de cornée sur des couches successives de collagène, noussommes parvenus à reproduire les variations de direction des fibres de collagène d’unelamelle à l’autre qui sont observées dans le stroma cornéen natif.Laser-Assisted Bioprinting allows positioning of cell droplets with amicrometric precision. It is thus possible to give an initial organization to the cells within a3D tissue structure. Our objective is to use LAB to reproduce the corneal stroma histoarchitecture.The corneal stroma is a transparent assembly of lamellae with a totalthickness of 500 μm. Within each lamella, collagen fibers have the same direction, thesame diameter, and a regular spacing thanks to the presence of proteoglycans which arespecific from the corneal stroma. To reproduce this organization, we make the hypothesisthat through corneal fibroblasts alignment, using LAB, on a collagen hydrogel, it would bepossible to align collagen fibers in the same direction. Because printed cells are alive anddynamic, the cell pattern initially printed is subjected to self-organization processes. It isthus necessary to determine the printing and culture parameters that promote reproducibleand stable cell alignments. By using second harmonic generation microscopy, collagenfiber reorganization by corneal fibroblasts has been observed. Collagen fiber direction ismatching with cell alignment. Corneal fibroblasts have been printed on successive collagenlayers; it allows reproducing the variations in collagen fiber direction from one lamella toanother that are observed in the native corneal stroma