Scoperta intelligente di farmaci con dispositivi ibridi di neurocomputing
Il percorso che porta dalla scoperta di un nuovo farmaco alla sua approvazione è lungo e costoso, e spesso richiede anni di ricerca, sperimentazioni cliniche e controlli normativi. Con i progressi della tecnologia, come l’intelligenza artificiale e lo screening ad alte prestazioni, il processo di scoperta dei farmaci si sta evolvendo. Tuttavia, rimane la necessità di migliorare gli esami di screening funzionale. Sebbene le cellule coltivate in vitro offrano importanti informazioni sull’impatto funzionale di un composto, non riproducono le interazioni tra cellule dei tessuti nativi. Questo è particolarmente problematico per la modellazione delle malattie cerebrali, dove i neuroni in coltura mancano delle connessioni sinaptiche naturali responsabili dell’attività della rete neuronale.
Un dispositivo ibrido di calcolo neurale
Il progetto NEUREKA, finanziato dall’UE, si propone di superare queste sfide e di sviluppare un modello biofisico che riproduca la connettività neuronale in vitro. L’obiettivo principale è quello di migliorare drasticamente le modalità di screening e di identificazione di potenziali farmaci candidati, in particolare per le malattie neurodegenerative come l’Alzheimer e il Parkinson. «Il nostro sistema ibrido offre il meglio dei due mondi: collega i neuroni biologici su un chip con reti simulate, consentendo la comunicazione in tempo reale tra tessuti neurali viventi e sistemi informatici artificiali», spiega la coordinatrice del progetto Yiota Poirazi. Come spiega Poirazi, la piattaforma NEUREKA è composta da tre elementi: un sistema di micro o nanoelettrodi (MEA o NEA, Micro- o Nano-Electrode Array), una coltura neuronale che cresce sopra il MEA e un modello di rete di calcolo che presenta le carenze della malattia di Alzheimer (AlzModel). L’AlzModel stimola il MEA a causare stati di attività selezionati nei neuroni in coltura. Questa attività viene poi riportata all’AlzModel, dando vita a una popolazione ibrida di neuroni di calcolo e biologici.
Un modello biofisico della malattia di Alzheimer per lo screening dei farmaci
I composti chimici possono essere aggiunti alla piattaforma NEUREKA per valutare il loro impatto sull’attività e sul profilo molecolare dei neuroni di coltura, con l’obiettivo di migliorare le carenze causate dalla malattia. I neuroni biologici agiscono come una sorta di biosensori, rispondendo a questi composti e trasmettendo queste informazioni al dispositivo computazionale, che elabora i dati. «Il risultato più significativo è stata la capacità di indurre stati di attività rilevanti per la malattia nei neuroni coltivati. Allo stato delle nostre conoscenze, nessuna delle tecnologie in vitro esistenti è in grado di fornire un ambiente così realistico per lo screening dei farmaci», sottolinea Poirazi. Gli esperimenti iniziali con farmaci noti per l’Alzheimer, come la memantina e l’acido valproico, hanno dato risultati promettenti, aprendo la strada all’utilizzo di grandi librerie di composti per convalidare ulteriormente l’efficacia della piattaforma nello screening dei farmaci.
Impatto sulla scoperta dei farmaci e non solo
Il dispositivo ibrido di neurocomputing NEUREKA rappresenta una nuova e audace direzione in materia di scoperta di farmaci. La piattaforma è unica per la sua capacità di guidare, modulare e leggere in modo efficiente la connettività e l’attività neuronale dei neuroni in coltura in condizioni patologiche più realistiche. In quanto tale, offre un modello più predittivo del tessuto neuronale rispetto alle colture cellulari convenzionali. Questo potrebbe portare a farmaci più efficaci che raggiungono più rapidamente il mercato, in particolare nel campo delle malattie neurodegenerative, dove sono disperatamente necessarie opzioni terapeutiche. Inoltre, NEUREKA ha le potenzialità per trasformare la medicina personalizzata. «Usando i neuroni derivati dai pazienti nel processo di sperimentazione, la piattaforma può aiutare a identificare i trattamenti più efficaci per gli individui in base alla loro composizione biologica specifica», conclude Poirazi. Questo approccio personalizzato potrebbe rivoluzionare il modo in cui trattiamo i disturbi neurologici, assicurando che i pazienti ricevano trattamenti su misura per le loro esigenze specifiche.
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