Costruire un organo su un chip

Il modo in cui le aziende farmaceutiche testano i farmaci è rotto e Donald Ingber ha un'idea su come risolverlo.

Gli scienziati in genere testano potenziali prodotti farmaceutici sugli animali, ma il più delle volte le previsioni sugli animali falliscono quando un composto viene testato sugli esseri umani, afferma Ingber, direttore del Wyss Institute dell'Università di Harvard. L'esecuzione di test iniziali sulle persone, ovviamente, è troppo pericoloso. La nostra soluzione proposta è fare studi con cellule umane, dice, ma non solo cellule in un piatto, cellule che mostrano strutture e funzioni simili a organi.

Questa storia faceva parte del nostro numero di luglio 2012

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Per raggiungere questo obiettivo, Ingber e il suo team stanno sviluppando un serraglio di dispositivi su microscala che replicano le strutture e gli ambienti degli organi umani reali più da vicino di un semplice piatto di coltura.

Il primo organo del Wyss Institute era un polmone che respira su un microchip. Il dispositivo trasparente delle dimensioni di un pollice è realizzato con materiali compatibili con le cellule e funge da piattaforma per la crescita di cellule polmonari umane. Piccoli canali tagliano il dispositivo. L'aria e il liquido fluiscono attraverso i canali centrali, dove crescono le cellule polmonari, e poiché il dispositivo è flessibile, gli scienziati possono applicare la pressione del vuoto ai canali laterali in modo che i canali centrali si espandano e si contraggano, proprio come i polmoni umani. Il team ha dimostrato che tali forze meccaniche influenzano il comportamento delle cellule. Nel caso delle cellule polmonari, la respirazione meccanica le aiuta ad assorbire le particelle che fluiscono nella camera d'aria.

Più recentemente, l'istituto ha sviluppato un intestino umano su un microchip. Il canale centrale del dispositivo, che è rivestito di cellule umane, può essere soggetto a movimenti ondulatori che imitano il movimento dell'intestino durante la digestione. Nel chip, le cellule formano strutture simili a dita conosciute come villi che sono importanti per l'assorbimento di nutrienti e altri composti. Queste strutture non si formano quando le cellule vengono coltivate in un piatto, suggerendo che le cellule si sentono più a loro agio nel dispositivo. Gli scienziati possono anche far crescere batteri intestinali comuni insieme alle cellule intestinali nel canale. In un piatto di coltura, i batteri di solito sorpassano le cellule umane, dice Ingber; ora possiamo studiare interazioni molto più complesse.

Singolarmente, ogni chip simile a un organo offre ai ricercatori la possibilità di studiare le cellule umane in un ambiente più naturale e di testare come rispondono a farmaci e tossine. Ma Ingber sta lavorando per una visione più grande in cui molti dei chip sono collegati tra loro. Collegando le versioni microfluidiche di cuore, polmone, intestino, rene e altro, Ingber e i suoi colleghi credono, saranno in grado di studiare meglio come il corpo elabora e risponde a vari composti.

Un progetto in corso con il membro della facoltà di Wyss Kevin Kit Parker è quello di testare i farmaci per via inalatoria per gli effetti negativi sul cuore, un problema di vecchia data nella scoperta di farmaci. La tossicità cardiaca è in realtà la principale causa di fallimento dei farmaci, indipendentemente da ciò che prendono di mira, afferma Ingber.

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