mercoledì, Dicembre 19, 2018
CRONACA

Organi “on a chip” crescono. E si ammalano

CRONACA – Un polmone in un microchip. Lo ha realizzato due anni fa l’équipe di Donald Ingber del Wyss Institute di Harvard, uno dei massimi centri di bioingegneria del mondo. E ora il dispositivo, da subito apparso come molto promettente, comincia a dare prova della sua effettiva utilità. Ingber e colleghi, infatti, sono riusciti a mimare nel microchip anche una malattia: una condizione di edema polmonare indotta da farmaci. Un bel passo avanti lungo la strada che, pensano i ricercatori, potrebbe portare gli organi on a chip a sostituire i metodi tradizionali (in particolare la sperimentazione animale) nella ricerca fisiologica di base e nello sviluppo di nuovi farmaci.

Dal punto di vista strutturale il chip, delle dimensioni di una memoria da cellulare, è piuttosto semplice. Si tratta di un dispositivo di microfluidica realizzato in una lastrina di vetro trasparente e costituito da tre canalini paralleli. Quello centrale è separato in due metà, inferiore e superiore, da una membrana porosa, sui due lati della quale si trovano due strati di cellule umane, rispettivamente cellule di rivestimento dei capillari e cellule di rivestimento degli alveoli polmonari. Metà canale dunque funziona da via aerea e metà da vaso sanguigno e le due vie sono in stretta adesione tra loro, proprio come accade nei polmoni veri. I due canalini laterali hanno invece una funzione meccanica e servono a simulare i movimenti respiratori quando nel dispositivo viene creato il vuoto.

La squadra di Ingber aveva già mostrato che il polmone sul chip è in grado di “respirare” come un polmone reale, ma serviva qualcosa in più per capire se il dispositivo può essere considerato a tutti gli effetti una simulazione dell’organo umano. Come banco di prova è stato scelto il “trattamento” con interleuchina-2 (IL-2), una sostanza che viene utilizzata come chemioterapico nel trattamento di alcuni tumori e che può provocare edema polmonare come importante effetto collaterale: una condizione potenzialmente mortale in cui i polmoni si riempioni di fluido e di coaguli di sangue.

Ebbene, quando nel “vaso sanguigno” del chip è stata introdotta IL-2 in quantità paragonabili a quelle usate in ambito clinico, si è subito osservata la comparsa di fluido e coaguli nella via aerea. Non solo: Ingber e colleghi hanno osservato che questo effetto diventa ancora più marcato quando il dispositivo mima i movimenti respiratori. Questo suggerisce che i medici che stanno trattando con IL-2 pazienti sottoposti a ventilazione meccanica dovrebbero regolare attentamente il volume di aria in ingresso per minimizzare gli effetti negativi del farmaco.

Il passaggio successivo? Testare nuovi farmaci per ridurre l’edema polmonare su questo modello on a chip. Per ora, quello che conta è che gli organi in vitro stanno crescendo. E, come dicevamo, potranno servire a sostituire gli animali in molti esperimenti di laboratorio. La ragione non è soltanto etica: se è vero che gli animali non sono modelli perfetti, è anche vero che spesso non c’è alternativa, perché sono comunque i modelli che più si avvicinano all’uomo. Dispositivi microfluidici in grado di mimare esattamente fisiologia e patologia dei nostri organi potrebbero essere modelli ancora più affidabili, per di più a un prezzo inferiore a quello della sperimentazione animale.

Immagine e video: cortesia di Wyss Institute, Harvard University

Valentina Murelli
Giornalista scientifica, science writer, editor freelance

4 Commenti

  1. Molto interessante! E’ un progresso notevole ed avrà degli sviluppi estremamente utili, spero, ma non mi sembra che possa neanche in prospettiva sostituire il modello animale: anche se avessimo un organo che riproduce perfettamente un polmone umano non potremmo comunque passare direttamente dal test sul polmone isolato al test clinico sul paziente.
    Il motivo è che un organo all’interno di un organismo non è affatto isolato, anzi, interagisce con gli altri organi e sistemi, quindi non è possibile trarre deduzioni dirette sugli effetti di una molecola sull’organismo partendo dall’effetto su un organo isolato. Il problema è sempre lo stesso: i comportamenti emergenti http://it.wikipedia.org/wiki/Comportamento_emergente
    Faccio notare che anche quando avessimo a disposizione delle riproduzioni perfette di tutti gli organi ancora non potremmo trarre indicazioni certe se non mettendoli tutti insieme per creare un organismo. Ma a questo punto cosa distinguerà quell’organismo “sintetico” dall’organismo naturale che imita? A quel punto si tratterebbe di un uomo e non avremmo affatto risolto il problema etico.

  2. In realtà l’obiettivo finale di queste ricerche non è solo quello di sviluppare modelli patologici, ma proprio quello di arrivare a sviluppare un modello fisiologico completo, un “body-on-a-chip”, nel quale tutti gli organi sono interconnessi al fine di simulare correttamente e completamente l’intero range delle risposte possibili da parte di un organismo umano, senza disturbi etici ed errate assunzioni sui fallaci modelli animali. Non siamo molto lontani, esistono intestini, stomaci, cuori, arterie, reni, ecc. e adesso anche polmoni. (cfr. http://en.wikipedia.org/wiki/Organ-on-a-chip)

  3. Gli organi virtuali sono oggetto di finanziamenti cospiqui in altri paesi, che investono perche’ vedono come il modello animale sia fallace e obsoleto e devo rivolgere le risorse e i cervelli degli scienziati verso metodi alternativi avazati che si basano sull’uomo. Un esempio di iniziative innovative in Europa e’ il “The Virtual Liver Network” (Il network del Fegato Virtuale) un programma nazionale finanziato dal Ministero dell’Educazione e Ricerca Tedesco (The German Federal Ministry for Education and Research, http://www.virtual-liver.de/). Questo progetto di fisiologia virtuale cerca di creare una rappresentazione del fegato per essere in grado di fare predizioni realistiche sulla fisiologia umana. Il progetto coinvolge oltre che ricercatori biologi e medici, fisici, matematici e ingegneri. E’ il primo programma europeo di questo tipo, che coinvolge una intera nazione e include 69 gruppi di ricerca e oltre 200 ricercatori, durera’ per 5 anni ed e’ stato finanziato dal governo tedesco per 43 milioni di Euro. La tossicita’ del fegato a causa di nuovi farmaci e’ difficile da predirre quello che succede nel fegato umano con la farmacocinetica, con la cinetica o con esperimenti su animali . Una predizione degli effetti tossici di un farmaco sul fegato umano puo’ avere un impatto sull’economia e i servizi sanitari nazionali e puo’ cambiare il modo in cui disegniamo gli esperimenti di ricerca e renderli piu’ efficienti e efficaci perche’ specifici per l’uomo.
    Bisogna quindi investire in maniera sostanziale nella ricerca e nella divulgazione dei metodi alternativi, questo secondo me e’ l’unico modo per arrivare veramente ad un cambiamento epocale che porti cure mediche efficaci per l’uomo (e non per i topi, con tutto il rispetto per i topii), specifiche e “personalizzate”, con meno rischi per l’uomo e indice dell’avanzamento di un paese, anche volto al contenimento di spese non necessarie.

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