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Customized Micro Total Analysis Systems to Study Human Phase I Metabolism

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Un’analisi microfluidica stima l’eliminazione del farmaco dal corpo

Un’esposizione continua alle sostanze chimiche presenti nell’ambiente potrebbe influire sul metabolismo dei farmaci, spesso riducendo l’efficacia dei medicinali. Per ridurre al minimo tutto questo, alcuni ricercatori hanno sviluppato un saggio innovativo e veloce che è in grado di misurare le interazioni di molteplici farmaci e sostanze chimiche.

Salute

Il metabolismo dei farmaci nel corpo umano avviene principalmente mediante enzimi noti come citocromi P450 (CYP). Questa famiglia di enzimi è anche responsabile della detossificazione di sostanze chimiche presenti nell’ambiente e nelle abitazioni a cui siamo senza volere esposti ogni giorno. Queste sostanze chimiche potrebbero interferire con l’attività dei CYP, causando un accumulo di farmaci terapeutici superiore ai livelli tossici o inducendo l’espressione dei CYP. Questo potrebbe portare a una rapida eliminazione del farmaco e a una ridotta efficacia terapeutica.

Un saggio microfluidico che misura l’attività dei CYP

Gli scienziati del progetto CUMTAS, finanziato dall’UE, desideravano studiare il ruolo delle sostanze chimiche sull’attività dell’enzima CYP. Come spiega la dott.ssa Tiina Sikanen, coordinatrice del progetto, «la velocità di eliminazione del farmaco dal corpo di un soggetto è cruciale, visto che potrebbe compromettere una terapia o causare tossicità». Per studiare l’interazione tra differenti farmaci e sostanze chimiche, il suo team ha sviluppato una gamma di saggi di CYP innovativi e veloci, basati su tecnologie microfluidiche in vitro. I saggi microfluidici rendono possibile il rapido controllo delle interazioni metaboliche, riducendo al contempo in modo notevole il costo e il consumo di biomateriali. Allo stesso tempo, l’uso di microreattori a flusso continuo con enzimi immobilizzati consente la rimozione di reagenti in momenti precisi, facilitando il monitoraggio e il controllo delle reazioni enzimatiche, un’operazione non possibile nei convenzionali saggi statici. Soprattutto, questo consente lo studio dell’impatto dipendente dal tempo delle sostanze chimiche su enzimi che metabolizzano i farmaci oltre che del meccanismo della loro interazione. Insieme a sistemi microfluidici di separazione, i ricercatori hanno sviluppato rilevatori miniaturizzati per migliorare le prestazioni del saggio. Nuovi materiali basati sui polimeri, metodi e strategie di immobilizzazione degli enzimi hanno ulteriormente supportato lo sviluppo tecnologico dell’analisi CYP. Gli scienziati hanno convalidato il metodo usando microsomi del fegato di derivazione umana disponibili sul mercato. «Queste vere matrici di derivazione umana ci hanno aiutato a dimostrare come la variazione interindividuale nell’espressione degli enzimi che metabolizzano i farmaci influisce sull’eliminazione dei farmaci», afferma la dott.ssa Sikanen.

Il futuro del saggio di CYP

La tecnologia basata sulla microfluidica è stata il risultato più significativo del progetto, secondo la dott.ssa Sikanen. «Le competenze multidisciplinari del mio team, insieme al loro impegno, hanno aiutato a superare le sfide tecniche che abbiamo incontrato lungo il nostro cammino», sottolinea. La dott.ssa Sikanen ha ricevuto la borsa di studio «proof-of-concept» del CER per il progetto PreMeDosE per consentire la commercializzazione di una delle tecnologie sviluppate nel corso di CUMTAS. Sebbene CUMTAS si sia concentrato sul metabolismo dei farmaci mediato da CYP, a causa del ruolo critico dei CYP nell’eliminazione dei farmaci, il saggio può anche misurare l’attività di altri enzimi. Può essere anche usato per studiare l’inibizione indotta chimicamente degli enzimi che metabolizzano i farmaci, oltre a produrre modelli per il metabolismo dei farmaci. Nel lungo periodo, la tecnologia potrebbe essere applicata nella fase di scoperta dei farmaci o per scopi legati al controllo ambientale (ad es., eliminazione di residui di farmaci in altre specie). Nel processo di sviluppo dei farmaci, il saggio può aiutare a eliminare le sostanze chimiche con un rischio elevato di interferenza metabolica, riducendo così i costi di produzione non necessari. Il metabolismo dei farmaci dipende sia dalla variazione genetica che da fattori esterni quali alimentazione, età, sesso e stato della malattia. Il saggio CYP CUMTAS determinerà sia l’impatto dei fattori genetici che di quelli esterni sulla capacità di eliminazione dei farmaci su base individuale. Ma la cosa più importante è che spiana la strada verso una somministrazione personalizzata dei farmaci, che migliorerà la qualità della vita dei pazienti e ridurrà i costi sanitari.

Parole chiave

CUMTAS, citocromo P450 (CYP), saggio, enzima, chimico, microfluidica, eliminazione del farmaco, metabolismo del farmaco, tossicità

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