Riprodurre il corpo su un chip per testare nuovi farmaci

Una delle principali sfide per le aziende farmaceutiche è quella di ridurre i costi multimilionari nello sviluppo dei farmaci e di accorciare i tempi di commercializzazione delle medicine in modo da sfruttarle appieno prima della scadenza dei brevetti. Questo ha portato l’UE a sostenere un progetto di ricerca in fase iniziale, chiamato BOC (Body-on-a-chip), che sostituisce la coltura cellulare 2D usata tradizionalmente per testare i farmaci, con un dispositivo multitessuto che riproduce meglio le condizioni reali del corpo, associando in un solo chip diverse colture 3D specifiche di un organo. I ricercatori hanno quindi creato un prototipo di BOC per valutare il rischio tossicologico dei nuovi composti e la loro efficacia prima dei test clinici formali.

“L’industria farmaceutica perde parecchi soldi tenendo i possibili farmaci troppo a lungo nel processo di sviluppo, per poi scoprire in fase già avanzata che il farmaco non funziona,” ha spiegato il coordinatore di BOC, il dott. Jan Lichtenberg, della startup svizzera Insphero. “Fallire subito e fallire presto è il paradigma dell’industria. Si vuole conoscere la tossicità del farmaco il più presto possibile per eliminare i fallimenti dal programma, risparmiando così milioni, e a volte anche miliardi, in costi di abbandono.”

Comprendere la tossicità a lungo termine dei farmaci

Tradizionalmente la potenziale nocività dei farmaci viene testata su cellule cresciute su piastre in un formato bidimensionale. Il problema di questo metodo è che le colture cellulari 2D possono perdere la propria funzionalità nel giro di circa 48 ore - ad esempio nel caso delle cellule epatiche - quindi i test rivelano solo i risultati di tossicità acuta, ovvero i farmaci che farebbero male ai pazienti non appena somministrati.

Gli scienziati del progetto BOC hanno caricato colture di cellule 3D (microtessuti sferoidi rappresentativi di organi umani come fegato e cuore) in compartimenti collegati da piccolissimi tubi, imitando così il contesto fisiologico e le condizioni di un organismo complesso. Sviluppare microtessuti 3D fuori dal chip, invece di coltivarli in situ, significa che questi possono durare fino a ben 60 giorni, permettendo di effettuare prove sugli effetti di tossicità a più lungo termine.

Il farmaco testato è contenuto in una soluzione nutritiva che attraversa questi diversi “organi” divisi in compartimenti e la piastra viene poi collegata con metodi analitici, come la spettroscopia di massa, per analizzare i metaboliti del farmaco prodotti. Il BOC permette di identificare questi metaboliti del farmaco e di studiare i loro effetti sui tessuti. Il composto testato può essere trasformato dagli enzimi epatici in metaboliti più potenti rispetto al composto iniziale, ma questi potrebbero essere anche tossici. Questa tossicità del metabolita non può essere rilevata nella classica coltura 2D.

La versione commerciale del dispositivo multitessuto potrebbe essere pronta entro tre anni

Un dispositivo che comprende cellule di ratti rappresentanti due tipi di tessuto - fegato e tumore - è stato dimostrato nel corso del progetto. Agenti anti-cancro, come la staurosporina e la ciclofosfamide, e farmaci più comunemente usati di cui si conosce la tossicità per il fegato, come il paracetamolo, sono stati testati su questi tessuti per verificare il funzionamento corretto del dispositivo.

I partner hanno anche svolto esperimenti con quattro tessuti sullo stesso chip - fegato, tumore, muscolo cardiaco e sistema neurologico - e hanno sviluppato i primi prototipi con sei e otto compartimenti che, come ha dimostrato il progetto, potrebbero essere estesi alle colture di cellule umane.

“Il sostegno dell’UE in fase iniziale ci ha davvero aiutati a sviluppare un prototipo di buona qualità e saremo in grado di proporre un sistema “body-on-a-chip” multitessuto commerciale entro i prossimi due o tre anni,” ha aggiunto il dott. Lichtenberg.

Body-on-a-Chip ha coinvolto cinque partner di quattro paesi e ha ricevuto un investimento dell’UE di 1,4 milioni di euro.