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CellPrintArray – on-demand nano-scale printing of live cells and compounds for miniaturized cell screening applications

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Una piattaforma di microarray basata su cellule per lo screening di farmaci

La scoperta di nuovi farmaci è un processo che richiede molto tempo, in media dai 15 ai 22 anni. Attraverso una piattaforma miniaturizzata, alcuni scienziati europei sperano di accelerare il processo di screening dei farmaci, riducendo i costi complessivi.

Salute

La scoperta di nuovi farmaci comprende la sintesi e la caratterizzazione dei singoli farmaci candidati, seguite dallo screening biologico. Le aziende farmaceutiche impiegano chimica combinatoria e approcci ad alto rendimento per lo screening delle librerie chimiche. Tuttavia, ciò richiede grandi quantità di reagenti e di cellule, nonché la necessità di utilizzare la robotica per trasferire le librerie di sostanze chimiche nelle piastre di microtitolazione.

Stampa cellulare su microarray

Contrariamente ai sistemi tradizionali di scoperta di nuovi farmaci, il progetto CellPrintArray, finanziato dall’UE, ha proposto di sviluppare un formato di matrice miniaturizzato per lo screening ad alto rendimento in cellule vive. Il concetto si basa sulla piattaforma Droplet Microarray sintetizzata durante il progetto DROPCELLARRAY. «Le tecnologie array esistenti sono limitate allo screening degli acidi nucleici. Il nostro obiettivo era quello di sviluppare un sistema che consentisse lo screening di farmaci solubili con cellule vive nel formato di microarray», spiega il dott. Pavel Levkin, coordinatore del progetto. I partner del progetto hanno progettato un approccio integrato che consente l’aggiunta di intere librerie di farmaci, altre molecole e cellule in singole goccioline da 100 nanolitri della piattaforma Droplet Microarray. Il sistema CellPrintArray utilizza vetrini per microarray con punti porosi idrofili separati l’uno dall’altro da barriere superidrofobiche repellenti ai liquidi. Utilizzando un sistema di erogazione di nanolitri compatibile con stampe di volumi definiti, gli scienziati hanno riempito i punti di microarray con goccioline di volumi controllati (3-500 nL per esperimento) di soluzioni di farmaco o cellule (1-100 cellule per esperimento). Oltre al sistema di erogazione di liquidi, gli scienziati (in collaborazione con il produttore dell’erogatore) hanno sviluppato un sistema di controllo dell’umidità per ridurre al minimo gli effetti di evaporazione durante l’elaborazione. Ciò ha permesso loro di controllare nei saggi di screening, per un massimo di tre giorni, le condizioni atmosferiche, quali umidità, livelli di anidride carbonica e temperatura, e le cellule di coltura.

I meriti di CellPrintArray

La piattaforma CellPrintArray, per la stampa di cellule e gli screening cellulari, è stata testata con successo internamente per una serie diversificata di screening biologici ma anche valutata esternamente da aziende farmaceutiche e partner clinici per applicazioni di medicina personalizzata. Come sottolinea il dott. Levkin, «i risultati degli screening ottenuti da esperimenti miniaturizzati si sono dimostrati comparabili alle tecnologie di screening all’avanguardia». Il vantaggio principale della piattaforma è che miniaturizza i saggi di screening cellulare fino a 1 000 volte, consentendo l’uso di modelli cellulari fisiologicamente più rilevanti quali cellule primarie, cellule staminali, cellule derivate da biopsia e altri tipi limitati di cellule. Allo stesso tempo, consente di risparmiare sul consumo di costosi reagenti, riducendo in modo significativo i costi di dosaggio complessivi e il tempo necessario per lo screening. Il prossimo obiettivo per il team CellPrintArray è la generazione di una piattaforma all-in-one intuitiva per gli screening miniaturizzati delle cellule, che combini funzioni di erogazione di nanolitri, manipolazione delle piastre, coltivazione di cellule e lettura. Questo sistema integrato offrirà alle aziende farmaceutiche e agli ospedali la possibilità di eseguire screening ad alto rendimento utilizzando un unico apparecchio. I partner sperano di fornire formati di matrice più grandi, compatibili con la maggior parte delle infrastrutture di laboratorio, per ampliare l’applicabilità della piattaforma CellPrintArray. Guardando al futuro, il dott. Levkin immagina «la piattaforma che consentirà l’uso di cellule derivate dal paziente, aprendo nuove possibilità nella medicina personalizzata».

Parole chiave

CellPrintArray, cellula, microarray, umidità, sintesi chimica, screening farmacologico, idrofilo, coltura, sistema di erogazione di liquidi, sistema di controllo dell’umidità

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