Un cuore pulsante su un chip accelererà la somministrazione di farmaci
Lo sviluppo di farmaci è un processo lungo e costoso: per sviluppare un singolo nuovo farmaco sono necessari in media 12 anni, con costi che si aggirano attorno ai miliardi di euro. La sperimentazione può causare effetti collaterali indesiderati nei pazienti umani e negli animali; inoltre, molti farmaci non passano i test: meno dell’1 % dei farmaci candidati inizialmente studiati arrivano sul mercato. «Quanto più avanti nel processo di scoperta del farmaco avviene tale fallimento dei test, tanto più elevate saranno le perdite in termini di investimenti, di denaro, di tempo e di sicurezza per gli esseri umani», spiega Roberta Visone, direttrice operativa presso BiomimX. La PMI italiana BiomimX ha creato una nuova e potente soluzione sotto forma di cuore pulsante su un chip, che risponde ai farmaci come farebbe il corrispondente organo umano, permettendo ai ricercatori e alle aziende biofarmacologiche di effettuare screening di tossicità su nuovi farmaci, accelerandone lo sviluppo. Attraverso il progetto uHeart, finanziato dall’UE, l’azienda sta gettando le fondamenta per rendere il prodotto disponibile in commercio. «Tali “cuori pulsanti su un chip” a questo punto riescono a mostrare risposte ai farmaci simili a quelle degli organi umani, simulando le risposte di un cuore vero», osserva Visone.
L’allenamento meccanico provoca il battito cardiaco
La tecnologia brevettata uBeat™ fornisce costrutti cellulari 3D con una stimolazione meccanica controllabile. Tale allenamento meccanico è simile al battito cardiaco di un essere umano e dà istruzioni al cuore in vitro affinché batta come quello naturale. Ciò permette ai ricercatori di valutare con precisione come un cuore umano funzionale reagirebbe ad alcuni farmaci, fornendo livelli di precisione e accuratezza senza precedenti. «uBeat™ ci permette di generare dei modelli predittivi degli organi e delle patologie umane, che forniscono dettagli dal valore inestimabile; inoltre, ci dà la possibilità di pianificare sperimentazioni cliniche più intelligenti», aggiunge Visone. Per far crescere il cuore, la tecnologia impiega cellule staminali pluripotenti indotte umane. La meccanica dei battiti permette di generare tessuto cardiaco umano e di creare un battito simile a quello di un essere vivente in una settimana. Durante ciascun battito cardiaco, degli impulsi elettrici attraversano il tessuto, provocando la contrazione delle cellule cardiache e la deformazione meccanica di una matrice extra cellulare. Inoltre, uHeart è in grado di rilevare online tali segnali elettrici, grazie a una seconda tecnologia protetta da brevetto (uECG) e di monitorare in tempo reale le alterazioni elettrofisiologiche causate dai farmaci.
Un grande successo
Per commercializzare uHeart come predittore di cardiotossicità, il gruppo sta attualmente lavorando su due aspetti: la produzione industriale del dispositivo per raggiungere i livelli di automazione e di rendimento richiesti dalle aziende farmaceutiche, e la validazione farmacologica, per dimostrare la capacità superiore alla media di uHeart nel prevedere l’effetto tossico, rispetto agli esistenti modelli in vitro e studi su animali. «Entrambi i passaggi sono attualmente in corso grazie ad alcune collaborazioni strategiche attive», osserva Visone. Il progetto ha confermato che uHeart risponde ai farmaci in modo riproducibile e accurato, come farebbe un cuore reale. «Ciò è stato confermato grazie a test su composti cardiotossici noti in uHeart e rilevando le alterazioni funzionali attese nell’attività elettrofisiologica», afferma Visone. Oltre a procedere con la validazione farmacologica e per l’industrializzazione di uHeart, il gruppo sta inoltre concentrando l’attenzione sull’applicazione del dispositivo nella medicina di precisione. «uHeart è davvero uno strumento ideale per la modellazione di specifiche patologie cardiache con una potenziale unica risoluzione per il paziente, aprendo così la strada ai test per trattamenti personalizzati», spiega Visone. L’azienda sta inoltre espandendo il proprio portfolio per la modellizzazione di diversi organi e malattie. La stimolazione meccanica è essenziale non solo per potenziare la maturazione del tessuto cardiaco, ma anche per simulare in modo fedele in vitro qualsiasi tessuto o stato di malattia in cui un’alterazione del microambiente meccanico eserciti una risposta patofisiologica. uKnee è il primo modello in vitro dell’artrosi dei legamenti; si trova allo stesso livello di sviluppo ed è basato sulla medesima tecnologia uBeat. In cantiere vi sono inoltre modelli per l’intestino, per i polmoni, per i denti e persino per i circuiti neuromuscolari.
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