Personalizzare la medicina con modelli avanzati di organo su chip
Le malattie rare possano causare problemi di salute cronici o addirittura essere pericolose per la vita, ma per molte non esiste un trattamento efficace. Ciò è dovuto in parte alla mancanza di modelli della malattia rilevanti dal punto di vista fisiologico. «Tale mancanza di modelli rilevanti comporta un'alta percentuale di fallimenti dei farmaci in fase di sperimentazione clinica, che a sua volta limita il numero di nuovi farmaci che giungono fino ai pazienti», afferma Georges Dubourg, ricercatore presso il BioSense Institute. Con il sostegno del progetto CISTEM, finanziato dall'UE, Dubourg ha guidato uno sforzo per contribuire a colmare questa lacuna nella ricerca. In particolare, il progetto, che ha ricevuto il sostegno del programma azioni Marie Skłodowska-Curie, ha sviluppato un modello di malattia basato su organo su chip (OoC) per la cardiomiopatia associata alla distrofia muscolare di Duchenne, una delle forme più gravi di distrofie muscolari ereditarie. L'OoC è un tipo di organo artificiale che utilizza la tecnologia microfluidica per creare un microambiente personalizzato, dinamico e tridimensionale ispirato alle funzioni a livello di organo in vivo.
Un modello di cuore su chip specifico per il paziente
Nel progetto CISTEM, i ricercatori hanno unito i più recenti progressi nella tecnologia delle cellule staminali pluripotenti indotte con le tecnologie microfluidiche, dei microsistemi e dei sensori. «Il risultato è un modello di cuore su chip specifico per il paziente», osserva Dubourg. Sebbene il modello sia di per sé innovativo, esso è anche composto da molte componenti innovative, ognuna delle quali potrebbe rivelarsi preziosa per lo sviluppo di altri modelli OoC. Ad esempio, il modello comprende una stazione microfluidica in grado di controllare il flusso del fluido all'interno del dispositivo. Ciò consente un controllo accurato del flusso e della pressione con un gradiente di diffusione stabile, permettendo al modello di imitare meglio la configurazione fisiologica dell'organo reale. Il modello CISTEM comprende anche due piattaforme innovative per eseguire misurazioni elettriche attraverso una barriera endoteliale. «Questi sistemi hanno un enorme potenziale per valutare l'effetto di un farmaco sul sistema cardiaco e sulla barriera endoteliale», aggiunge Dubourg. Un altro componente chiave è costituito da microtessuti cardiaci multicellulari 3D su misura che potrebbero essere utilizzati per la medicina e il trattamento personalizzati.
La possibilità di aumentare il tasso di successo dei nuovi farmaci
Sia la soluzione cuore-su-chip sviluppata nel corso del progetto sia i modelli OoC che probabilmente ispirerà sono destinati ad avere un impatto dalle molte sfaccettature sulla ricerca sanitaria. «Questi modelli hanno il potenziale per aumentare significativamente il tasso di successo di nuovi farmaci e fornire nuovi trattamenti per malattie rare attualmente non curabili», spiega Dubourg. «Inoltre, l'uso di modelli avanzati in grado di prevedere meglio l'effetto di un farmaco diminuirà l'elevato costo dello sviluppo di nuovi farmaci e, in ultima analisi, il costo del farmaco una volta arrivato sul mercato.» Dubourg osserva inoltre che i modelli OoC possono ridurre notevolmente il numero di animali utilizzati nella ricerca biomedica.
Progredire verso la maturità di mercato
Naturalmente, c'è ancora molta strada da fare per portare i modelli OoC al livello necessario per raccogliere questi numerosi vantaggi potenziali. Ad esempio, il livello di preparazione tecnologica delle diverse piattaforme e modelli deve essere ulteriormente sviluppato e testato a fondo. Tuttavia, grazie alla tecnologia e alle competenze sviluppate durante il progetto CISTEM, Dubourg è fiducioso che i modelli OoC continueranno a progredire verso la maturità di mercato. «Questo progetto non solo ha gettato le basi per nuove iniziative di ricerca, risultati e prodotti, ma ha anche formato la prossima generazione di ricercatori OoC che si dedicheranno a pensare al di fuori della scala del laboratorio e a vedere che questi modelli rivoluzionari hanno un impatto positivo sulla cura dei pazienti», conclude Dubourg.
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