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Uno schermo più veloce per la tossicità
I farmaci candidati che sembrano promettenti nei test di laboratorio preliminari spesso falliscono una volta che vengono testati per la tossicità negli animali: uno spreco di tempo e denaro per un'azienda farmaceutica. Inoltre, le aziende chimiche e cosmetiche sono sempre più alla ricerca di modi economici ed efficienti per testare potenziali prodotti per problemi di tossicità senza ricorrere a test sugli animali. Ora, i ricercatori hanno progettato un biochip che potrebbe escludere i composti con problemi di tossicità molto prima nel processo di sviluppo del farmaco. Potrebbe anche essere utile per lo screening rapido di prodotti chimici e cosmetici per la potenziale tossicità.
tester tossico : Le cellule epatiche umane sono disseminate nel nuovo chip, che può essere utilizzato per determinare rapidamente se vari prodotti chimici, farmaci e farmaci candidati sono tossici. Se abbinata a un altro biochip sviluppato in precedenza dagli stessi ricercatori, la tecnologia potrebbe fornire un'alternativa accurata ai test sugli animali.
Chiamato DataChip (per il chip del test tossicologico per l'analisi dei dati), consente una determinazione molto rapida della probabilità che un composto sia tossico, afferma Jonathan Dordick , ingegnere biochimico presso il Rensselaer Polytechnic Institute (RPI), a Troy, New York, e cofondatore di Solidus Biosciences, una startup che sta commercializzando la tecnologia. Il chip contiene una matrice in miniatura di oltre mille colture cellulari 3-D, ciascuna delle dimensioni di 20 nanolitri, su un vetrino per microscopio in vetro. Ogni coltura cellulare è in grado di testare la tossicità di una sostanza chimica diversa. La miniaturizzazione consente di testare i composti in modo ad alta produttività, il che è importante nelle prime fasi della scoperta di farmaci, quando è necessario esaminare migliaia di candidati farmaci.
Dordick e Douglas Clark , un ingegnere chimico dell'Università della California, Berkeley, e cofondatore di Solidus Biosciences, descrivono il DataChip nella prima edizione online del 26 dicembre del Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .
I test di tossicità tradizionali comportano l'utilizzo di animali o campioni di tessuto, metodi che richiedono tempo e sono costosi. Inoltre, le aziende cosmetiche europee non potranno più sperimentare sugli animali a partire dal 2009, rendendo ancora più importante la necessità di nuovi metodi in vitro.
Diversi gruppi stanno lavorando su modelli epatici per prevedere la tossicità dei farmaci poiché molti composti vengono metabolizzati nel fegato. (Vedi i modelli di fegato sul mercato.) Anche se i farmaci stessi non sono tossici, i loro metaboliti potrebbero esserlo. Nel 2005, i ricercatori RPI e Berkeley hanno riferito di aver sviluppato quello che il gruppo chiama MetaChip, un chip che imita il modo in cui i composti vengono metabolizzati dal fegato. Combinando i due biochip, affermano i ricercatori, ora potrebbe essere possibile prevedere con precisione la tossicità delle sostanze chimiche e dei farmaci candidati senza l'uso di animali.
Nel MetaChip, gli enzimi epatici vengono posizionati su singoli punti di un vetrino e i composti in esame vengono posizionati su quei punti per essere metabolizzati dagli enzimi. Quando il MetaChip e il DataChip sono inseriti insieme, il DataChip può analizzare i metaboliti prodotti dal MetaChip e determinare se sono tossici. L'innovazione principale è l'accoppiamento di un test di tossicità con il metabolismo, il tutto eseguito in uno schermo ad alto rendimento, afferma Salman Khetani, postdoc al MIT e cofondatore di Hepregen, un'azienda che sta anche sviluppando modelli di fegato.
Qualsiasi tipo di cellula può essere incluso nel DataChip, quindi puoi essere predittivo non solo contro una cellula epatica, che la maggior parte delle tecnologie ora si occupa, ma andare oltre il fegato ad altri tipi di organi, dice Dordick. Ad esempio, le cellule della pelle potrebbero essere utilizzate per esaminare rapidamente nuovi prodotti chimici e cosmetici per la tossicità cutanea.
Le singole colture cellulari sul chip sono contenute all'interno di macchie di idrogel sul vetrino, che consente alle cellule umane di crescere in modo tridimensionale. Questo è importante quando si imita il modo in cui un composto influenzerà i tessuti reali del corpo, dice Dordick.
A dire il vero, la nuova tecnologia deve affrontare molte sfide prima di diventare un accurato metodo di screening dei farmaci. Per prima cosa, il DataChip valuta la tossicità osservando come i composti influenzano la crescita cellulare. Ma la crescita può anche essere influenzata dall'ambiente delle cellule, in questo caso l'idrogel, dice Linda Griffith , direttore del Biotechnology Process Engineering Center presso il MIT, il cui gruppo sta lavorando su modelli di fegato che verrebbero utilizzati in una fase successiva nel processo di sviluppo di farmaci. Ad esempio, i ricercatori hanno testato il DataChip con cellule di una linea cellulare di cancro al seno e la ricerca di altri laboratori ha dimostrato che le proprietà meccaniche della matrice guidano la segnalazione cellulare e l'espressione genica, afferma Griffith.
Ma nonostante tali limitazioni nei test sui farmaci, la nuova combinazione di biochip potrebbe essere utile come strumento di screening precoce per i candidati ai farmaci. Ancora più immediato, affermano i ricercatori RPI e Berkeley, la combinazione potrebbe fornire un modo rapido e semplice per lo screening dei cosmetici senza test sugli animali.