Fegato e cuore umani in un chip per testare farmaci senza studi animali

Piccoli organi in scala, in un mini-dispositivo, da utilizzare in ricerca. Nel laboratorio BioEra (Biological Engineering Research Application) dell'Università di Padova e dell'Istituto veneto di medicina molecolare (Vimm) è stato scoperto come sviluppare tessuti umani miniaturizzati 'on chip'. In particolare, sono stati presi in considerazione due tra gli organi umani di maggiore interesse per lo studio della tossicità indotta da farmaci: fegato e cuore. Lo studio è stato pubblicato su 'Nature Methods'.

La combinazione delle tecniche di micro-fabbricazione con la medicina rigenerativa ha reso possibile la creazione di organi umani in dispositivi tecnologici miniaturizzati anche detti 'organ on chip'. L'idea alla base di questa tecnologia innovativa è la possibilità di produrre organi umani da utilizzare come strumento di screening, al fine di testare nuovi farmaci e quindi sviluppare nuove terapie.

La miniaturizzazione consentirà l'analisi di un numero elevato di combinazioni sperimentali a costi estremamente contenuti, e la complessità tecnologica offerta da un dispositivo miniaturizzato garantirà di operare in condizioni che possano mimare la fisiologia umana in situazioni di normalità o in presenza di alterazioni patologiche. Altra peculiarità è la possibilità di sviluppare terapie ad hoc per ciascun paziente nel caso in cui tali organi o tessuti vengano derivati dallo stesso malato, attraverso l'impiego di cellule staminali che mantengono le informazioni genetiche del paziente.

La riproduzione in microscala di tessuti umani funzionali, come quello epatico e cardiaco - evidenziano gli autori - consente dunque di sviluppare sia nuovi modelli in vitro per lo studio di terapie mirate al singolo paziente, sia di testare la tossicità indotta da farmaci, alle diverse concentrazioni e modalità di assunzione, il tutto in tempi rapidi e in modo economicamente sostenibile. A oggi l'unico metodo preclinico utilizzato e approvato per il processo di ricerca e validazione di nuovi farmaci è la sperimentazione animale. Tuttavia possono verificarsi discrepanze nella risposta a un farmaco tra tessuti derivati da specie diverse.

Il tentativo di sviluppare modelli umani in vitro si è scontrato finora con la difficoltà di riprodurre tessuti umani funzionali e con i costi elevati per un impiego di tali tessuti su larga scala. Ma il lavoro del laboratorio BioEra ha già dato i primi risultati per lo studio della epatotossicità di un farmaco. Campioni di tessuto epatico integrati in un chip sono stati impiegati per eseguire efficacemente test automatizzati in risposta a un farmaco somministrato ripetutamente a precisi intervalli temporali.

"Da anni siamo impegnati a sviluppare microtecnologia per mimare in vitro le condizioni ambientali cui le cellule sono sottoposte in vivo", afferma Nicola Elvassore, responsabile scientifico del laboratorio BioEra. "Questo aspetto - aggiunge - è particolarmente rilevante per ottenere tessuti che siano funzionalmente quanto più simili a quelli presenti nell'organismo umano".

Il lavoro appena pubblicato è stato possibile grazie al contributo della Fondazione Cassa di Risparmio di Padova e Rovigo nell'ambito del bando 'Progetti di Eccellenza', e ai finanziamenti del ministero della Salute e dell'Università di Padova.

La tecnologia sviluppata nel laboratorio BioEra si basa sull'impiego di chip microfluidici prodotti utilizzando tecniche litografiche simili a quelle usate in microelettronica. "Abbiamo derivato le cellule umane cardiache ed epatiche nel chip a partire da cellule staminali pluripotenti", sottolinea Giovanni Giobbe, biotecnologo e co-primo autore del lavoro, "queste cellule staminali sono in grado di produrre tutti i tipi cellulari che compongono i tessuti del corpo umano, non soltanto quelli di cuore e fegato, e consentono lo studio della biologia umana in vitro senza ricorso a biopsie troppo invasive per i pazienti".

Lo sviluppo di microtecnologie per ottenere tessuti umani in vitro avrà sicuramente un grande impatto in campo farmaceutico e biomedico nel prossimo futuro. Ottenere tessuti a partire da cellule di un singolo paziente utilizzando una semplice biopsia cutanea o cellule derivate dal sangue o dalle urine renderà possibile il loro impiego di routine per effettuare test di farmaci, e lo sviluppo di terapie mirate per il singolo paziente.