Progressi nei test preclinici sui farmaci grazie alle innovazioni degli organi su chip
Lo sviluppo di un farmaco è un processo che richiede molto tempo, spesso fino a 15 anni, e comprende sia la fase preclinica che quella clinica. Quasi il 10 % dei farmaci fallisce negli studi clinici a causa di modelli preclinici inadeguati che forniscono una stima imprecisa dell’efficacia, della tossicità e della farmacocinetica-farmacodinamica del farmaco. L’innovativa tecnologia organo su chip sta guadagnando terreno rispetto alle tradizionali colture cellulari 2D come modello preclinico per testare l’efficacia e la tossicità dei farmaci. Questo sistema comprende una serie di canali microfluidici e camere seminate con cellule viventi per imitare la struttura e la funzione degli organi umani. Inoltre, consente ai ricercatori di studiare processi fisiologici complessi in un ambiente di laboratorio controllato.
Misurazione delle proprietà elettriche dei tessuti in dispositivi organo su chip
Per garantire che i dispositivi organo su chip mantengano costantemente la loro integrità e funzione, il progetto PORTable STaNDOuTs ha proposto di integrare un sensore convenzionalmente utilizzato per valutare le barriere dei tessuti epiteliali ed endoteliali. Presenti in vari punti del corpo, come la pelle, gli occhi e l’intestino, tali barriere sono responsabili del mantenimento dell’omeostasi degli organi e della regolazione dell’interazione con altri tessuti/organi. La ricerca di PORTable STaNDOuTs è stata intrapresa con il supporto del programma azioni Marie Skłodowska-Curie (MSCA) e ha permesso la collaborazione di Divyasree Prabhakaran, esperta di nuovi materiali e biosensori, e il suo inserimento all’interno del team. Il lavoro prevedeva la misurazione della resistenza elettrica attraverso i monostrati cellulari nell’organo su chip tramite il metodo della resistenza elettrica transepiteliale (TEER). La TEER quantifica il passaggio di ioni e molecole attraverso le barriere cellulari in modo rapido e non invasivo, fornendo informazioni preziose sulla funzione cellulare e tissutale. «Il nostro obiettivo era quello di valutare le proprietà di barriera, in dispositivi organo su chip basati su standard di coltura cellulare a pozzetti multipli, quale metodo accurato per monitorare le condizioni fisiologiche e le risposte ai farmaci», spiega il coordinatore del progetto Antoni Homs-Corbera. Il team ha sviluppato una nuova piastra per colture cellulari a più pozzetti con sensori che è stata combinata con altre tecnologie brevettate dall’azienda Cherry Biotech SAS per generare un prototipo di sensore in grado di fornire misurazioni in colture cellulari umane 3D in condizioni controllate per diversi giorni. I parametri monitorati hanno offerto una stima accurata della permeabilità dei tessuti in tempo reale e hanno previsto il trasporto di farmaci attraverso queste barriere nelle prime fasi della scoperta di farmaci.
Applicazioni e non solo
«Uno dei risultati più significativi di PORTable STaNDOuTs è stata la compatibilità del sensore TEER con le pipeline sperimentali standard, che dovrebbe ampliare l’uso della microfluidica e dell’organo su chip nei test di tossicità dei farmaci», sottolinea Homs-Corbera. L’obiettivo generale è quello di creare una robusta piattaforma microfluidica che offra la possibilità di monitorare contemporaneamente diversi parametri biochimici e fisiologici come TEER, ossigeno disciolto, pH, glucosio e lattato. Lo sviluppo di un dispositivo completo contenente compartimenti che imitano le funzioni dell’intestino, del fegato e dei reni offrirebbe un metodo affidabile per valutare l’assorbimento, la distribuzione, il metabolismo e l’escrezione dei farmaci. Inoltre, valuterebbe sia l’impatto dei farmaci sull’integrità dei tessuti sia la tossicità d’organo indotta dai metaboliti dei farmaci orali. Questo chip aprirebbe la strada alla sperimentazione senza animali durante lo sviluppo dei farmaci. L’integrazione di altre tecnologie, come l’intelligenza artificiale, in una piattaforma di facile utilizzo che richiede una formazione minima da parte di esperti, migliorerebbe ulteriormente le capacità del dispositivo. Il team del progetto intende continuare a integrare la loro nuova capacità elettrofisiologica nelle piattaforme di sperimentazione dei farmaci e perfezionare i risultati preliminari. Si prevede inoltre di convalidare la piattaforma utilizzando farmaci noti già testati sull’uomo e con una farmacocinetica-farmacodinamica nota.
Parole chiave
PORTable STaNDOuTs, sviluppo di farmaci, tossicità, organo su chip, microfluidica, resistenza elettrica transepiteliale, TEER, barriera tissutale