Degli organi stampati in 3d su un chip che potrebbero un giorno porre fine alla sperimentazione animale
Il cuore sul chip è interamente stampato in 3d con sensori incorporati che misurano la forza contrattile del tessuto, fornendo agli scienziati nuove possibilità per lo studio della muscolatura del cuore.
I ricercatori dell’Istituto Wyss presso la Harvard University e la Harvard John A. Paulson hanno stampato in 3d degli organi su un chip con rilevamento completamente integrato che potrebbe significare la fine della sperimentazione animale e modificare profondamente la ricerca medica.
Organi sul chip in grado di avere una buona dose di struttura originaria e la funzione di un organo specifico. Finora i ricercatori sono riusciti a creare una microarchitettura di tessuto vitale per il cuore, i polmoni, la lingua e l’intestino.
Inevitabilmente questo non è un organo intero, ma dà una sezione trasversale del tessuto e i ricercatori possono poi effettuare una serie di esperimenti ed ottenere un feedback immediato dai sensori di bordo che possono misurare la forza contrattile e altre risposte ai trattamenti farmacologici e persino delle malattie e delle condizioni indotte.
Questo sistema può anche fornire ai ricercatori con una sezione trasversale più ampia di pazienti ” per gli studi clinici più efficienti e in grado di creare situazioni complesse, le condizioni e le circostanze per testare un farmaco o composto. Significa anche che possono avere un enorme numero di soggetti di prova con nessuno dei problemi che si ottiene con la sperimentazione su animali o soggetti umani.
A parte le questioni etiche riguardo alla sperimentazione sugli animali, è anche estremamente inefficiente visto che i ricercatori devono studiare gli effetti di un composto su ogni animale con più esami del sangue e anche con procedure chirurgiche. Inoltre gli animali fanno lievitare in modo significativo i costi e limitano il numero di soggetti di prova in uno studio.
Se possiamo distillare l’intero processo fino al tessuto semplice su un chip in un formato affidabile e ripetibile, questo potrebbe essere una spinta enorme per la ricerca medica.
“Questo nuovo approccio programmabile per la costruzione di organi-on-chip permette non solo di cambiare e personalizzare il design del sistema, integrando il rilevamento, ma anche semplifica drasticamente l’acquisizione dei dati in modo semplice”, ha detto Johan Ulrik Lind, un borsista post-dottorato alla Harvard John A . Paulson Facoltà di Ingegneria e Scienze applicate di (VAS).
Con la sperimentazione sugli animali, può essere pressoché impossibile studiare i cambiamenti graduali e anche dei test semplici danno risultati in bianco e nero troppo netti quando le sottili sfumature di grigio potrebbero contribuire a produrre farmaci e trattamenti migliori.
Il chip ha un numero di diversi pozzi che separano i singoli tessuti dai sensori, il che significa che i ricercatori possono studiare una varietà di tessuti e trattamenti simultaneamente. I ricercatori hanno dimostrato l’importanza di questa caratteristica producendo un farmaco in uno studio a lungo termine che ha mostrato i cambiamenti graduali nelle sollecitazioni contrattile in un tessuto cardiaco fabbricato. Questo può cambiare nel corso di diverse settimane ed è semplicemente impossibile studiare in modo efficace in soggetti vivi.
“I ricercatori sono spesso lasciati lavorare al buio quando si tratta di cambiamenti graduali che si verificano durante lo sviluppo del tessuto cardiaco e la maturazione, perché c’è una mancanza di modi facili e non invasivi per misurare le prestazioni funzionali dei tessuti”, ha detto Lind. “Questi sensori integrati permettono ai ricercatori di raccogliere continuamente i dati, mentre i tessuti maturano e migliorano la loro contrattilità. Allo stesso modo, si potranno studiare gli effetti graduali dell’esposizione cronica alle tossine.”
“Tradurre i dispositivi microfisiologici in piattaforme per studiare la salute umana e le malattie richiede che ci rivolgiamo sia all’acquisizione dei dati e sia alla produzione dei nostri dispositivi”, ha detto Parker. “Questo lavoro offre nuove soluzioni possibili per entrambe le sfide centrali.”
In futuro, questi sistemi microfisiologici potrebbero essere adattati per simulare gli effetti di una malattia specifica o potremmo anche avere organi personalizzati che corrispondono alla fisiologia di ogni specifico paziente.
“Il nostro approccio di microfabbricazione apre nuove strade per l’ingegneria dei tessuti in vitro in, tossicologia e della ricerca il vaglio di farmaci”, ha detto Kit Parker, Professore di Bioingegneria e Fisica Applicata presso il SEAS.
Il cuore-on-a-chip è realizzato interamente con la stampa 3D multi-materiale in un’unica procedura automatizzata, grazie all’integrazione di sei inchiostri da stampa personalizzati con risoluzione micrometrica.
Inevitabilmente è un processo complesso e costoso per creare i chip, che vengono prodotti mediante un processo di stampa litografica 3D multi-materiale. La squadra della Harvard University ha sviluppato un nuovo processo di produzione e una serie di inchiostri diversi stampabili in 3D che hanno contribuito a ridurre la complessità degli organi su un chip.
Ora abbiamo sei inchiostri con sensori di deformazione morbidi integrati che costruiscono la struttura del tessuto stesso. Ciò significa che possono produrre una rappresentazione microfisiologica del cuore umano, completo di sensori, in una stampa.
“Stiamo spingendo i confini della stampa tridimensionale attraverso lo sviluppo e l’integrazione di molteplici materiali funzionali all’interno dei dispositivi di stampa”, ha detto Jennifer Lewis, Hansjörg Wyss professore di Ingegneria . “Questo studio è una potente dimostrazione di come la nostra piattaforma possa essere utilizzata per creare dei circuiti integrati strumentali completamente funzionali per lo screening di stupefacenti e la modellazione della malattia.”
La stampa 3D sta diventando una parte integrante della moderna ricerca medica e produrre l’essenza di un organo su un chip potrebbe rivelarsi prezioso e aiutare la comunità medica a combattere malattie e condizioni che causano milioni di morti ogni anno.
Siamo sul punto di una nuova alba nella scienza medica e gli organi su un chip è solo l’inizio.
