L'ingénierie tissulaire est un domaine interdisciplinaire émergent qui cherche à répondre aux besoins en appliquant les principes de la biologie et l'ingénierie pour le développement de substituts viables pour restaurer et maintenir la fonction des tissus humains (os, cartilage, dents, peau).
Bioréacteur
L'appareil retenu est l'appareil ElectroForce® 5270 BioDynamic® de 
, composé d'un bioréacteur comprenant 4 chambres de culture et un générateur pulsatile :
L'appareil satisfait à plusieurs critères :
1. Il permettra d'appliquer des stimuli biomécaniques appropriés et fournir un néo-tissu aux propriétés biochimiques et biomécaniques comparables à des tissus in situ.
2. Sa polyvalence et modularité lui permet de s'adapter à la diversité des échantillons à analyser (taille, structure, densité, composition).
Objectifs
Les recherches poursuivies au sein de l'Equipement d'Excellence Ingénierie et Vieillissement des Tissus Vivants (IVTV) visent à développer des modèles de culture tridimensionnelle de tissus qui représenteraient de manière authentique l'environnement des cellules in vivo, tout en permettant un contrôle sur l'environnement cellulaire et un caractérisation en temps réel des modifications tissulaires.
Le bioréacteur est un dispositif sous perfusion qui a pour objectif de cultiver des structures tridimensionnelles macro poreuses cellularisées dans un environnement mécanique et physicochimique contrôlé. Ces cultures sont à mener sur quelques semaines. Les applications envisagées sont l'ingénierie tissulaire de la dent, de l'os et du cartilage, la culture d'organes et la caractérisation mécanique de tissus prélevés.
Localisation
Le bioréacteur principal est installé au Pôle Santé de Saint-Etienne. Un bioréacteur de même type, mais simplifié, est également installé à l'Ecole Centrale de Lyon pour permettre la préparation des essais.
Caractéristiques techniques
Le bioréacteur et le système informatique associé ont les caractéristiques et fonctionnalités suivantes :
- L'appareil permet la réalisation d'essais mécaniques cycliques en traction et compression.
- L'appareil est composé d'un bâti comprenant 4 chambres de culture et livré avec 4 chambres additionnelles. Le volume des chambres est de 185 ou 208 ml selon le type de grip ou plateaux utilisés. Un jeu de "fillers" de 110 ml permet de réduire le volume pour minimiser la quantité du liquide de culture. Les chambres de culture sont autoclavables.
- L'appareil installé à l'ECL dispose quant à lui de 2 chambres de culture.
- Les dimensions de l'appareil, LxHxP 76 x 66 x 66 cm, permettent de l'installer entièrement dans un incubateur.
- La gamme de force de l'appareil est de ± 200 N en dynamique. Cette force est uniformément répartie sur le nombre de chambres connectées au châssis, soit ± 50 N pour 4 chambres utilisées.
- L'appareil permet d'appliquer une course de ± 6,35 mm, avec une résolution de 0,5%.
- L'appareil permet d'appliquer des signaux de type sinusoïdal, triangle et carré, avec une fréquence de sollicitation comprise entre 0 et 15 Hz.
- L'appareil permet d'appliquer une sollicitation de 1 million de cycles minimum.
- L'appareil est livré avec le logiciel Wintest® qui permet la génération de tous types de signaux , leur acquisition selon divers modes et le chaînage ou la combinaison de tous essais axiaux et torsion au libre choix de l'utilisateur, ainsi que la programmation de toutes sécurité, détection de changement d'état, butées, saut conditionnel, changement de canaux de contrôle en cours d'essai, réalisation de canaux calculés complexes, synchronisation interne (axial/torsion) ou externe (acquisition d'image, trigger, ...).
- L'appareil assurer l'acquisition des signaux : forces, déplacements, déformations synchronisés pour chacune des 4 chambres de culture. 35 voies d'acquisition peuvent être balayées à la fréquence de 5 kHz soit un point de mesure toutes les 0,2 msec par voies.
- Une pompe péristaltique à 8 canaux permet d'appliquer un flux continu variant de 0,36 à 36 ml/mn.
- Un milieu de culture différent peut être utilisé en parallèle dans chacune des 4 chambres de culture : les chambres sont indépendantes, ainsi que les réservoirs, les étages de pompe et les circuits fluides.
- L'appareil dispose d'au moins 20 sorties : les boîtiers d'interface PCI comportent 2x8=16 entrées analogiques et 2x2=4 sorties analogiques. La configuration de la machine utilise 1 sortie (moteur axial) et 5 capteurs mécaniques (4 forces indépendantes et 1 déplacement commun). Il reste donc 11 entrées disponibles et 3 sorties.
- L'appareil est livré avec des mors de type plateau de compression pour l'ingénierie tissulaire de l'os, de la dent et du cartilage : il s'agit de plateaux de compression poreux (40 µm et 100 µm de taillle de pore) et non poreux de diamètre 10 mm pour équiper les 8 chambres de culture, pour des échantillons de hauteur comprise entre 2 et 10 mm.
- L'appareil est livré avec des mors de type traction pour l'ingénierie tissulaire de la peau : 4 jeux de grip de tension pour équiper les 4 chambres de culture. Il s'agit de mors en forme de pince, avec molette de serrage de 8,4 mm maxi d'ouverture et 12,5 mm maxi de largeur.
- 8 jeux de plateaux de compression affleurant sont aussi à disposition, avec joint et membrane silicone de confinement : face d'appui poreuse (40 µm de taille de pore), 10 mm de diamètre, faces planes affleurantes pour échantillons hyper minces, membrane amovible transparente fine (0,4 mm d'épaisseur) avec joints toriques autour de l'ensemble plateaux/échantillons afin d'isoler et confiner le flux de nutriment du fluide ambiant de la chambre.
- Un générateur de flux pulsé est livré avec l'appareil. Il s'agit d'un second moteur Bose superposant une variation de volume parfaitement contrôlée (pilotable en volume ou en pression) sur 4 circuits indépendants mais avec pilotage identique.Ce dispositif n'est pas présent sur le site de l'ECL.
- Des cathéters permettent de mesurer les ΔP sur les 4 chambres entre 0 et 800 mmHg. Le canal de lecture est compensé afin de réduire les artéfacts liés à la force de compression.