Udoskonalone testy in vitro leków z użyciem pierwszego bioreaktora milifluidycznego
Koszt nowego leku chemicznego to 1 mld EUR. W przypadku biofarmaceutyków należy liczyć się z wydatkami rzędu nawet kilku miliardów euro. Prace nad lekiem konwencjonalnym mogą trwać 10 lat, a nad lekiem biologicznym nawet 20 lat – na tym tle widać, jak szybko powstają leki na COVID-19. Ponadto po zakończeniu testów na hodowlach komórkowych, zwierzętach i – ostatecznie – ludziach lek musi zostać zatwierdzony przez właściwy organ regulacyjny. „Odsetek niepowodzeń badań przedklinicznych może sięgać 96 %, ponieważ testowanie leków na monowarstwach komórek nie pozwala dobrze przewidzieć ich działania w organizmach zwierząt”, mówi Manuela T. Raimondi z Politechniki Mediolańskiej, gdzie realizowany jest projekt MOAB wspierany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych. W ramach projektu opracowano bioreaktor, który stanowi połączenie nowatorskich rusztowań (podłoża NICHOID) i aparatu MOAB do hodowli komórek. Ma on umożliwić badanie in vitro leków w bardziej realistycznym środowisku. Oba te wynalazki chronione są międzynarodowymi patentami. „Odpowiedź komórek na leki, takie jak chemoterapeutyki i modyfikowane genetycznie komórki macierzyste, uzyskana w wytworzonych przez nas miniaturowych modelach była podobna do tej z modeli zwierzęcych”, dodaje Raimondi. „Nasza metoda jest prostsza, tańsza i bardziej etyczna niż badania na zwierzętach”. Dzięki unijnemu wsparciu zespół projektu nawiązał współpracę ze specjalistą ds. rozwoju biznesu. Gdy pozyskano inwestora, powstała firma MOAB srl, której celem jest komercjalizacja aparatu MOAB-NICHOID. Znaleziono ponad 10 klientów w Europie i Stanach Zjednoczonych.
Połączenie aparatu MOAB i podłoża NICHOID
W przypadku wielu chorób, na przykład raka, odpowiedź na lek w warunkach in vivo zależy od złożonych interakcji między trójwymiarowymi strukturami zawierającymi różne komórki. Monowarstwowe hodowle komórkowe stosowane zwykle w badaniach in vitro nie oddają tych zależności. Bioreaktor MOAB zbudowany jest z trzech miniaturowych komór hodowlanych. W każdej można umieścić trójwymiarowe organoidy, czyli kilkumilimetrowe modele tkanek zbudowane z żywych komórek, zalanych pożywką hodowlaną. Na potrzeby hodowli komórek w aparacie MOAB zespół użył trójwymiarowej, mikroskopowej siatki z nanowzorem, nazywanej podłożem NICHOID. Wytwarzane jest ono z zastosowaniem laserowej polimeryzacji dwufotonowej. Na nanometrowej plamce płynnego polimeru skupiana jest wiązka lasera impulsowego, co wywołuje polimeryzację i wytworzenie trwałego, miniaturowego, trójwymiarowego rusztowania. Wiązka jest następnie przesuwana, aby na szkiełku nakrywkowym powstała mikrosiatka o odpowiedniej geometrii. Poziomy adhezji komórek macierzystych i ekspresji w komórkach, które obserwowano w przypadku podłoża NICHOID, są zbliżone do tych występujących w naturalnym środowisku. Szkiełko nakrywkowe z rusztowaniem NICHOID jest później przyklejane do korpusu bioreaktora MOAB, w wyniku czego powstaje aparat MOAB-NICHOID do hodowli komórek. Miliony komórek umieszczone w aparacie można poddawać badaniu z użyciem mikroskopii fluorescencyjnej w czasie rzeczywistym. Ponieważ pożywka hodowlana ma bezpośredni kontakt z żywymi komórkami, natężenie jej przepływu należało precyzyjnie wyregulować, aby ich nie uszkodzić. „Na podstawie symulacji dynamiki płynów doszliśmy do wniosku, że aparat MOAB-NICHOID jest odporny na ciśnienie hydrauliczne wywołane przepływem pożywki”, zauważa Andrea Remuzzi z Instytutu Badań Farmakologicznych im. Mario Negriego, odpowiedzialny za tę część badań.
Prace nad nowymi lekami
Obecnie firma MOAB srl tworzy model komórkowy na potrzeby oceny nowej metody leczenia opartej na genetycznie zmodyfikowanych krwiotwórczych komórkach macierzystych. Ma być ona stosowana w przypadku jednogenowych chorób krwi, takich jak niedokrwistość sierpowatokrwinkowa i hemofilia. W ramach tej terapii od pacjenta pobiera się krwiotwórcze komórki macierzyste, modyfikuje się je, wprowadzając odpowiednią mutację, a następnie umieszcza ponownie w organizmie leczonej osoby. „Aparat MOAB-NICHOID zapewni innowacyjną platformę do przeprowadzania badań in vitro, która pozwoli ocenić bezpieczeństwo stosowania modyfikowanych genetycznie krwiotwórczych komórek macierzystych”, wyjaśnia Raimondi. „Metoda ta może również częściowo zastąpić testowanie na zwierzętach”. Użycie aparatu MOAB-NICHOID w badaniach in vitro leków zostanie wkrótce ustandaryzowane w oparciu o opinie organów regulacyjnych, takich jak Europejska Agencja Leków.
Słowa kluczowe
MOAB, COVID-19, bioreaktor, hodowla komórkowa, organoid, komórki macierzyste, polimeryzacja, symulacja dynamiki płynów, krwiotwórczy, testowanie leków
