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Organ-on-a-chip imita una condizione polmonare mortale
Ricercatori presso il Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell'Università di Harvard hanno dimostrato che la loro tecnologia lung-on-a-chip può simulare una condizione polmonare pericolosa per la vita. Riferiscono anche che gli scienziati possono scoprire nuovi aspetti della malattia usando il chip polmonare che non si troverebbero con gli esperimenti sugli animali.
Polmoni da laboratorio: Il liquido e l'aria vengono pompati nei diversi canali di questo polmone su un chip per imitare la funzione polmonare umana
Il studia , pubblicato nell'odierna Scienza Medicina traslazionale , è la prima dimostrazione definitiva che i chip che imitano gli organi dell'istituto, che includono un intestino, un cuore e un rene (vedi Costruire un organo su un chip), possono essere utilizzati per modellare una malattia e persino testare farmaci candidati.
Il dispositivo lung-on-a-chip è un blocco di polimero trasparente e flessibile delle dimensioni di un pollice perforato da due minuscoli canali separati da una sottile membrana. L'aria scorre attraverso un canale, che è rivestito con cellule polmonari umane; un liquido ricco di sostanze nutritive che funge da sostituto del sangue scorre attraverso l'altro, che è rivestito di cellule dei vasi sanguigni. Un vuoto applicato al chip sposta i canali per ricreare il modo in cui i tessuti polmonari umani si espandono e si contraggono fisicamente durante la respirazione.
Lo studio, condotto dal collega del Wyss Institute, Dongeun Huh, si è concentrato sull'edema polmonare, una condizione in cui liquidi e coaguli di sangue riempiono i polmoni. Può essere causato da insufficienza cardiaca e dagli effetti collaterali di un comune farmaco antitumorale. I ricercatori hanno iniettato il farmaco antitumorale nel canale simile a un vaso sanguigno e hanno scoperto che le proteine del fluido e del plasma sanguigno sono fuoriuscite attraverso la membrana nel canale dell'aria, in modo simile all'effetto collaterale del farmaco nei pazienti.
Ciò ha portato a due scoperte sorprendenti, afferma il coautore dello studio e scienziato capo dello staff di Wyss, Geraldine Hamilton. Uno era che il sistema immunitario, che non era rappresentato nel chip, non era tenuto a causare l'effetto collaterale della perdita come si pensava in precedenza. In secondo luogo, il team ha scoperto che quando accendevano il sistema del vuoto per creare movimenti simili alla respirazione, la perdita peggiorava, un altro aspetto sconosciuto dell'edema polmonare.
I ricercatori mostrano anche che un candidato al farmaco GlaxoSmithKline potrebbe prevenire la perdita nel sistema di chip (i ricercatori di GSK erano anche coautori dello studio Wyss). In un separato studia nello stesso numero di Medicina della traduzione scientifica, I ricercatori di GSK dimostrano nei topi con insufficienza cardiaca che il loro farmaco può ridurre l'edema polmonare, contribuendo a convalidare il sistema di chip, afferma Hamilton. La realtà è che gli animali saranno necessari per i test clinici per molti anni a venire, ma questo ci avvicina di un passo alla ricerca di alternative, dice.
Ci sono scettici. I sistemi Organ-on-chip mancano dell'ambiente tipico a cui un organo sarebbe esposto, come i vari ormoni e altri segnali molecolari che vengono costantemente fatti circolare nel corpo di un organismo, afferma Michael Hayward, uno scienziato capo a Cranbury, New York. Azienda di scienze della vita con sede a Jersey Taconic . Hayward, che è specializzato nello sviluppo di modelli animali di malattie umane, osserva anche che la maggior parte delle malattie coinvolge molti organi e capire come diversi organi interagiscono per causare uno stato di malattia sarebbe fuori dalla portata di un singolo dispositivo che mima gli organi.
Hamilton riconosce che sia l'industria che le autorità di regolamentazione vorranno molte convalide della tecnologia organ-on-chip prima di utilizzarla come alternativa agli animali, ma i potenziali benefici della tecnologia chip sono evidenti nello studio di oggi, afferma. Non solo imitiamo la risposta clinica, ma abbiamo anche scoperto qualcosa di nuovo. Questo è uno sguardo agli effetti che questo potrebbe avere sulla scoperta e lo sviluppo di farmaci in futuro, dice. Non solo puoi sostituire l'animale, ma ottieni ulteriori informazioni.
E un giorno, potrebbero iniziare ad affrontare le preoccupazioni di Hayward e di altri sulla natura isolata dei loro dispositivi. Il nostro obiettivo finale, che è ad alto rischio, non è solo sviluppare modelli di malattia, ma sviluppare un body-on-a-chip integrato, in cui possiamo iniziare a collegare questi organi, avvicinandoci di un passo all'imitazione dell'intera risposta umana, lei dice.