Non molte invenzioni sono così costose da creare o con la probabilità di fallire come i nuovi farmaci.
Si stima che, in media, lo sviluppo e il test di un nuovo farmaco farmaceutico richiedano ora 10 anni e costino quasi 1, 4 miliardi di dollari. Circa l'85 percento non supera mai i primi studi clinici e, tra quelli che lo fanno, solo la metà è effettivamente approvata dalla FDA per entrare sul mercato. Questo è uno dei motivi per cui i farmaci costano così tanto.
Ora, la buona notizia. Gli scienziati che si stanno concentrando su come migliorare le probabilità di successo e accelerare il processo mantenendo sicure le droghe hanno sviluppato una promettente innovazione: "organi su un chip". Sono praticamente come sembrano - versioni minuscole e funzionanti di organi umani cresciuti su un dispositivo delle dimensioni di una memory stick del computer.
L'ultimo balzo in avanti arriva da un team di ingegneri biomedici dell'Università di Toronto. All'inizio di questa settimana, in un articolo sulla rivista Nature Materials, questi scienziati hanno spiegato come sono stati in grado di far crescere sia il cuore che i tessuti del fegato su un piccolo ponteggio tridimensionale, ricoperto di miele con sottili vasi sanguigni artificiali e poi osserva gli organi funzionare come farebbero all'interno del corpo umano.
Chiamano il loro dispositivo un AngioChip e, secondo il capo del team, Milica Radisic, il suo potenziale va oltre la rivoluzione del processo di test antidroga. Immagina un giorno in cui potrebbe essere impiantato in un corpo umano per riparare organi malati o danneggiati.
"È davvero multifunzionale e risolve molti problemi nello spazio dell'ingegneria dei tessuti", ha detto Radisic, professore all'Istituto di biomateriali e ingegneria biomedica dell'università, in un comunicato stampa. "È davvero la prossima generazione."
Costruire mini-organi
I ricercatori sono già in grado di far crescere il tessuto d'organo nei laboratori, ma generalmente si trova su una piastra piatta e si traduce in un modello bidimensionale diverso da quello che realmente accade dentro di noi. Ciò limita la quantità di ricercatori che possono conoscere l'efficacia e il rischio dell'uso di un nuovo farmaco per il trattamento di un particolare organo.
Ma una tecnologia come AngioChip fornisce una versione più realistica, anche se minuscola, di organi umani e che, afferma Radisic, consentirà ai ricercatori di identificare presto quei farmaci che meritano di passare agli studi clinici. Inoltre potrebbe ridurre notevolmente la necessità di testarli sugli animali.
Costruire il dispositivo non è stata una piccola sfida. Il dottorando Boyang Zhang ha dovuto prima usare una tecnica chiamata stampaggio 3D per creare strati estremamente sottili di un polimero chiaro e flessibile. Ogni strato conteneva uno schema di canali non più largo di un capello umano. Questi servirebbero da vasi sanguigni dell'organo.
Ha quindi impilato manualmente gli strati e utilizzato la luce UV per causare una reazione chimica che li ha uniti. Ciò ha creato l'impalcatura attorno alla quale sarebbe cresciuto l'organo. Per vedere se la loro invenzione avrebbe effettivamente funzionato, i ricercatori l'hanno impiantata in un ratto. Erano elettrizzati nel vedere il sangue passare attraverso i canali stretti del dispositivo senza coagulazione.
Hanno quindi immerso un AngioChip in un liquido riempito con cellule cardiache umane viventi. Presto quelle cellule iniziarono a crescere dentro e fuori i vasi sanguigni artificiali proprio come farebbero in un corpo umano. Mentre le cellule continuavano a crescere nel corso del mese successivo, il dispositivo flessibile iniziò ad agire come un vero organo, alla fine si contrae e si espande a un ritmo costante, proprio come un battito cardiaco.
"Ciò che rende unico AngioChip è che abbiamo costruito un sistema vascolare nel tessuto", spiega Zhang. "Questa rete di navi ci aiuterà, in futuro, a collegare più organi insieme, proprio come i nostri organi sono collegati insieme nel nostro sistema sanguigno".
Sostituzione dei trapianti?Gli ingegneri hanno creato un fegato su un chip allo stesso modo. Col tempo, anche lui ha iniziato a comportarsi come la sua controparte umana, producendo urea, il principale composto nelle urine e anche metabolizzando i farmaci. Alla fine, gli scienziati saranno in grado di collegare i chip di diversi organi per vedere non solo come un farmaco potrebbe influenzare ciascun organo, ma anche il suo impatto su entrambi allo stesso tempo.
Oppure, come ha suggerito Radisic, un tumore e le cellule cardiache potrebbero essere collegati tra loro per vedere quali farmaci potrebbero distruggere il tumore senza danneggiare il cuore.
"I vasi più piccoli in questo tessuto erano larghi solo quanto un capello umano, ma il sangue era ancora in grado di fluire facilmente attraverso di essi", ha detto Radisic. "Ciò significa che saremo in grado di costruire tumori umani negli animali utilizzando questa piattaforma per aiutare scoprire nuovi farmaci anticancro più efficaci ".
Chiaramente, gli organi cresciuti in laboratorio hanno il potenziale per apportare molta più precisione e velocità al processo di test antidroga. Ma una volta che AngioChip può essere impiantato nell'uomo, osserva Radisic, potrebbe sostituire la necessità di trapiantare organi da un'altra persona. Invece, gli organi potrebbero essere coltivati con cellule prelevate dall'ospite, il che potrebbe ridurre significativamente il rischio di rigetto.
In media, 21 persone muoiono ogni giorno perché non sono disponibili organi adatti per i trapianti.
Il prossimo passo per il team dell'Università di Toronto è lavorare con un produttore per sviluppare un processo per la costruzione di più AngioChip contemporaneamente. In questo momento, sono costruiti a mano, uno alla volta.
