Ingénierie tissulaire
Obtention des tissus artificiels
On distingue trois étapes dans la fabrication d'un tissu artificiel :

- Des cellules saines, provenant d'un donneur, sont prélevées et mises en culture.
- La fabrication du tissu proprement dite a lieu ensuite par multiplication des cellules autour d'une matrice ou échafaudage (scaffolds, charpentes en polymères ayant des structures tridimensionnelles qui guident la croissance cellulaire). Cette matrice donne sa topologie au tissu mais elle doit aussi assurer la multiplication des cellules et leur fonctionnalisation (différenciation).
- Finalement le tissu est implanté chez le patient.

Mais la réalisation concrète se heurte à divers problèmes. Dans un environnement artificiel les cellules ont tendance à perdre leur aptitude à se différencier. De plus ces cellules expriment parfois des protéines atypiques qui, après implantation, peuvent occasionner des inflammations ou des réactions de rejet. L'organisation spatiale voulue autour de la matrice est parfois difficile à obtenir et la structure tridimensionnelle des cellules dans un organe complexe ne peut pas encore être reproduite. On n'a pas non plus jusqu'ici réussi à intégrer un réseau de vaisseaux sanguins dans un organe artificiel.

Différenciation cellulaire
Les cellules souches ont un rôle important à jouer en ingénierie tissulaire car elles sont capables de se différencier. Il existe des cellules souches adultes (comme celles de la moelle osseuse) et des cellules souches embryonnaires (celles de l'embryon). Les cellules souches embryonnaires sont pluripotentes (elles peuvent donner tous les types de cellules). Les cellules souches adultes sont multipotentes, elles ne peuvent donner que certains types de cellules. Les cellules souches embryonnaires sont obtenues à partir d'embryons, éventuellement multipliés par clonage (clonage thérapeutique). Si des problèmes éthiques empêchent le clonage, la source de cellules souches est limitée aux embryons qui ne font plus l'objet d'un projet parental et aux cellules souches adultes.

Les scaffolds utilisent en général soit des polymères naturels (collagène, fibrines) soit des polymères synthétiques biodégradables. La matrice joue un rôle important pour la multiplication et la différenciation des cellules. On cherche à intégrer dans la matrice des gènes ou des facteurs de croissance qui pourraient déclencher des fonctions cellulaires. On utilise aussi des molécules capables d'auto-assemblage et qui portent des peptides (protéines), capables de guider les cellules et d'induire leur différenciation. L'objectif est d'obtenir des interactions avec les cellules environnant l'implant (matériaux bioactifs). Dans le cas idéal, la régénération des tissus devrait progressivement remplacer la matrice artificielle par une matrice naturelle.

Les fonctions cellulaires dans les tissus dépendent des interactions cellule-cellule et cellule-matrice dans lesquelles les protéines jouent un rôle important. La taille moyenne d'une cellule est de 10 microns et celle d'une protéine de 5 nm. Les nanotechnologies sont donc au cœur de l'ingénierie tissulaire.

Les outils des nanotechnologies permettent d'étudier l'activité des protéines et des cellules et leurs interactions avec des matrices artificielles. Elles permettent de trouver des solutions pour structurer ces matrices et les doter de molécules appropriées pour guider la croissance cellulaire.
En plus de la structure de la matrice les paramètres importants sont les états de surface et la porosité des matériaux (l'existence de pores et leur diamètre jouant un rôle pour la nutrition des cellules et leur vascularisation). Les surfaces peuvent être nanostructurées par des procédés mécaniques ou chimiques.

On est encore incapable aujourd'hui de fabriquer un tissu artificiel ayant des propriétés identiques à un tissu naturel. Les seuls tissus artificiels que l'on puisse produire, et qui font l'objet d'utilisations cliniques, sont la peau et le cartilage, car ce sont des tissus relativement simples ne nécessitant pas en particulier de système vasculaire.