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DropletMicroarrays: Ultra High-Throughput Screening of Cells in 3D Microenvironments

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Un nuovo sistema di microarray miniaturizzato personalizza lo screening dei farmaci

Nonostante i progressi tecnologici, mancano approcci rapidi ed economici per lo screening dei farmaci. Un metodo ad alto rendimento rivoluziona lo screening dei farmaci, avvicinando la medicina personalizzata alla realtà.

Ricerca di base

Le metodologie esistenti per lo screening dei farmaci sono laboriose e richiedono un elevato numero di cellule e costose apparecchiature automatizzate. Inoltre, le biopsie spesso producono un numero insufficiente di cellule per gli approcci tradizionali, richiedendo un’ulteriore miniaturizzazione dei saggi di screening dei farmaci.

Un microarray ad alto rendimento per lo screening dei farmaci

Il progetto DROPCELLARRAY, finanziato dall’UE, ha sfruttato le proprietà uniche dei microarray superidrofobo-idrofili per creare una nuova piattaforma per lo screening dei farmaci. «Il nostro obiettivo era quello di sviluppare un sistema miniaturizzato ad alto rendimento per lo screening dei farmaci in cellule vive», spiega il coordinatore del progetto, il dottor Pavel Levkin. La tecnologia DROPCELLARRAY consente di eseguire fino a 300 000 esperimenti con cellule in parallelo in minuscole micro-gocce su un singolo chip. Ogni gocciolina viene isolata in un punto definito del chip, consentendo l’indicizzazione spaziale, le misurazioni a intervalli di tempo e lo screening di cellule aderenti o non aderenti. Le barriere superidrofobiche consentono il completo isolamento dei microserbatoi, prevenendo la contaminazione incrociata e la migrazione cellulare. È importante notare che, rispetto alle micropiastre tradizionali, il volume minuscolo del materiale delle gocce consente l’analisi di pochissime cellule, come le cellule staminali rare e le cellule primarie. Allo stesso tempo, consente di risparmiare sui costi e sui reagenti necessari. I ricercatori hanno fatto progressi con la chimica delle superfici, la fotochimica e la tecnologia di modellazione per creare modelli trasparenti e biocompatibili sui microarray. Questo è stato fondamentale per generare barriere superidrofobiche e compartimentare le migliaia di reazioni di screening sull’array. «Portare una tecnologia di microarray a goccia completamente nuova, basata su microarray superidrofobico-idrofili, dalla ricerca di base alle applicazioni cellulari reali è senza dubbio il risultato più significativo del progetto», sottolinea il dottor Levkin. Guardando indietro, confessa che «questo non sarebbe stato possibile senza il duro lavoro e la motivazione del team di DROPCELLARRAY, che ha sviluppato un prodotto riuscito che oggi viene utilizzato da molti laboratori, comprese diverse aziende farmaceutiche».

Una piattaforma microarray che supporta la coltura cellulare 3D

La piattaforma DROPCELLARRAY permette la coltura cellulare in sistemi 3D tra cui idrogel, sferoidi cellulari o corpi embrionali. I sistemi di coltura 3D sono più fisiologicamente rilevanti in quanto imitano il microambiente in vivo delle cellule, aiutando queste ultime a crescere in modo più naturale. Gli idrogel sono polimeri morbidi idrofili reticolati e gli scienziati li hanno utilizzati per generare un microambiente di coltura in grado di supportare l’analisi e l’espansione delle popolazioni di cellule staminali. Queste cellule sono difficili da coltivare perché perdono rapidamente il loro potenziale di cellule staminali e si differenziano. Si prevede quindi che DROPCELLARRAY trovi applicazione nella ricerca sulle cellule staminali, nella medicina rigenerativa e nella biologia cellulare in generale.

Prospettive future della tecnologia DROPCELLARRAY

La piattaforma microarray a goccia è stata valutata con successo da colleghi in ambito accademico e da diverse aziende farmaceutiche. Le matrici sono disponibili presso la società spin-off Aquarray GmbH, che sta sviluppando prodotti per la medicina personalizzata, lo screening cellulare e gli esperimenti con cellule miniaturizzate. L’azienda sta reclutando attivamente personale scientifico e spera di attrarre investitori per far progredire la tecnologia ed estendere le sue applicazioni. Tra gli obiettivi futuri c’è quello di garantire che la tecnologia DROPCELLARRAY sia utilizzata in ogni laboratorio e in ogni azienda biotecnologica o farmaceutica del mondo. In definitiva, il dottor Levkin prevede che la tecnologia «sarà adottata dagli ospedali per applicazioni mediche personalizzate, per accelerare le scoperte biologiche ed essere utilizzata nella sintesi dei materiali».

Parole chiave

DROPCELLARRAY, screening farmacologico, gocciolina, microarray idrofili superidrofobici, aquarray

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