Accelerare la scoperta di farmaci con un tessuto cardiaco simile a quello degli adulti
In Europa, le malattie cardiovascolari sono responsabili di quasi la metà di tutti i decessi e rappresentano un onere annuale stimato in 210 miliardi di euro per l’economia dell’UE. Nonostante queste statistiche, nell’ultimo decennio pochissimi nuovi farmaci cardiovascolari hanno raggiunto i pazienti. Uno dei motivi principali è la mancanza di modelli preclinici predittivi in grado di prevedere in modo affidabile le risposte umane prima che i farmaci vengano sottoposti a costosi studi sugli animali e a sperimentazioni cliniche.
Affrontare i colli di bottiglia dello sviluppo di farmaci cardiaci
Il progetto EMAPS-Cardio(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, è stato avviato per affrontare questa sfida, sviluppando modelli di cuore umano più realistici per lo screening di farmaci in fase iniziale. Il progetto risponde alla crescente domanda di sistemi in vitro che riflettano meglio la fisiologia umana adulta e può rilevare sia l’efficacia terapeutica che la cardiotossicità in fase iniziale. «Intendiamo aumentare l’efficienza e l’affidabilità dello sviluppo dei farmaci utilizzando modelli basati sull’essere umano che siano predittivi fin dall’inizio», spiega il coordinatore del progetto, Christian Bergaud. Al cuore del progetto c’è l’obiettivo di trasformare le cellule staminali pluripotenti indotte(si apre in una nuova finestra) umane in cardiomiociti maturi, al di là del loro tipico stato fetale. Finora, questa mancanza di maturazione ha limitato l’utilità delle tecnologie di cuore su chip.
Ricreare l’ambiente cardiaco naturale
EMAPS-Cardio coniuga la scienza dei materiali avanzati con la bioingegneria per ottenere una maturazione simile a quella degli adulti. La piattaforma generata integra substrati a base di polimeri che forniscono una delicata stimolazione elettrica e meccanica alle cellule cardiache. Ciò aiuta le cellule ad avere un comportamento più simile a quello nel corpo umano. In parallelo, un bioreattore specifico applica un allungamento meccanico ritmico, attraverso un sistema guidato da magneti che imita il battito cardiaco naturale. Questa impostazione permette anche di monitorare continuamente i livelli di pH, ossigeno, glucosio e lattato, consentendo di svolgere una valutazione a lungo termine della salute e del metabolismo dei tessuti. «Ciò che differenzia EMAPS-Cardio è che non ci concentriamo su un singolo stimolo», osserva Bergaud. «Combiniamo l’attuazione elettromeccanica con il controllo biochimico e il rilevamento continuo in un unico sistema integrato.»
Collaudo della piattaforma
L’équipe di ricerca ha convalidato l’approccio di EMAPS-Cardio usando modelli di malattia rilevanti, tra cui aritmia, ipertrofia e ischemia. Noti farmaci cardiovascolari e composti cardiotossici come il bisfenolo A sono stati testati attraverso la piattaforma EMAPS-Cardio(si apre in una nuova finestra). Sono stati rilevati chiari effetti sull’attività elettrica, sulla segnalazione del calcio, sull’espressione genica e sui profili metabolici. Questi risultati dimostrano che la piattaforma è in grado di descrivere in modo affidabile le risposte funzionali dei farmaci e, di conseguenza, può essere usata per valutare sia l’efficacia che la sicurezza. Soprattutto, le tecnologie consentono di effettuare misurazioni parallele in formati standard, che le rendono compatibili con l’alta produttività dei flussi di lavoro richiesta dall’industria.
Completare e ridurre gli studi sugli animali
Sebbene i sistemi di cuore su chip non possano ancora sostituire completamente i modelli animali, EMAPS-Cardio mostra come possano ridurre in modo significativo la dipendenza da essi. I microtessuti basati sull’essere umano, infatti, offrono un contesto biologico più rilevante e aprono a nuove opportunità per la medicina personalizzata, dove le cellule paziente-specifiche potrebbero aiutare a prevedere la risposta individuale ai farmaci. Oggi gli enti regolatori stanno iniziando a riconoscere il valore dei modelli in vitro avanzati, e il ruolo dei sistemi maturi come EMAPS-Cardio nello sviluppo dei farmaci continuerà a crescere.
Direzioni future
In futuro, il consorzio vuole sviluppare la tecnologia su una scala più ampia, renderla più robusta e semplificare i flussi di lavoro per l’uso di routine nella ricerca farmaceutica. I principi di stimolazione elettromeccanica sviluppati in EMAPS-Cardio sono direttamente applicabili non solo alla cardiologia, ma anche ad altri tessuti come il muscolo scheletrico, la pelle e il tessuto polmonare. «Con un ulteriore perfezionamento, EMAPS-Cardio potrebbe essere adattato per prevedere la risposta ai farmaci in modo personalizzato, avvicinandoci alle terapie su misura per il paziente», conclude Bergaud.
