Bioink development for 3D bioprinting of living tissues : formulation study and tissue development characterization

Cette thèse a pour objectif de développer une méthode de bioimpression 3D de tissus vivants. Ce nouveau champ disciplinaire a pour but la fabrication de tissus grâce à une bioimprimante en s’appuyant sur les principes fondamentaux de l’ingénierie tissulaire. Pour mener à bien ces travaux, une bio-encre spécifique a été formulée à l’aide de biomatériaux naturels afin de répondre aux critères de biocompatibilité, de maintien de la viabilité cellulaire et de support pour la formation d’un réseau cellulaire en trois dimensions. Plusieurs caractérisations ont ainsi pu être réalisées afin de démontrer l’innocuité du procédé de bioimpression 3D sur les cellules utilisées.L’évolution technologique de la bioimprimante utilisée est ensuite présentée en partant d’une technologie open-source pour arriver à l’utilisation d’un bras robotique 6 axes. L’exigence du cahier des charges de cette bioimprimante a évolué au fil des différents prototypes utilisés.La dernière partie de ce travail de thèse présente les résultats de bioimpression de tissus obtenus grâce à de multiples collaborations. Plusieurs tissus seront étudiés et caractérisés : le derme et sa maturation vers une peau totale, le cartilage et la bioimpression de cellules souches mésenchymateuses, un tissu microvascularisé grâce à l’incorporation de cellules endothéliales et pour finir un tissu perfusable en utilisant une approche de culture dynamique en bioréacteurThis thesis focus on the development of a 3D bioprinting process for living tissue. This new field of research, 3D bioprinting, aims to fabricate tissues using a bioprinter based on the tissue engineering fundamentals.To carry out this work, a specific bioink was formulated using natural biomaterials to meet the requirement of biocompatibility, cell viability and support of a three-dimensional cellular network. Several characterizations have been used to demonstrate the cells viability during the 3D bioprinting process.The bioprinter technological evolution is then presented, starting from an open-source technology and ending with the use of a 6-axis robotic arm. The specifications of this bioprinter evolved through different prototypes.The last part of this thesis concerns tissue bioprinting results obtained through multiple collaborations. Several tissues will be studied and characterized: the dermis and its maturation towards a total skin, the cartilage and the mesenchymal stem cells bioprinting, a microvascularized tissue thanks to the incorporation of endothelial cells and finally a perfusable tissue by using a dynamic culture approach in bioreacto