Cosa serve per progettare una bioprinter per la ricerca sul cancro, da Inventia Life Sciences
In un momento in cui gli esperti prevedono che il cancro rimarrà un grave problema di salute, i progressi della tecnologia possono fare una grande differenza. All’inizio di quest’anno, l’ Organizzazione mondiale della sanità (OMS) ha annunciato che, se le attuali tendenze continuano, il mondo vedrà un aumento del 60% dei casi di cancro nei prossimi due decenni. Anche con questa spaventosa previsione in bilico sulla razza umana, i progressi nella medicina personalizzata, le modifiche nello sviluppo di farmaci e la terapia cellulare possono ancora cambiare la strada da percorrere. Per molti laboratori che tradizionalmente si basavano su colture cellulari in vitro 2D e modelli animali per la ricerca oncologica, il campo sta cambiando mentre le aziende continuano a sviluppare e aggiornare la tecnologia di bioprinting per aiutare a ricreare i microambienti del cancro.
Dopo diversi anni di esplorazione di potenziali scoperte per eliminare la necessità di laborioso lavoro manuale nei laboratori medici e offrire agli scienziati un modo più veloce per ricreare modelli tumorali, il biologo molecolare e ingegnere Julio Ribeiro è stato co-fondato nella società biomedica Inventia Life Science del 2013 . Ribeiro ha iniziato a sviluppare la tecnologia di base nella bioprinting digitale, rendendosi conto che sarebbe necessaria una piattaforma rapida basata su goccioline per fornire la velocità e la complessità dei tessuti stampati. Insieme al co-fondatore Aidan O’Mahony, ha sviluppato una piattaforma di bioprinting 3D chiamata RASTRUMche può stampare rapidamente cellule umane per aiutare con i test antitumorali. La riconoscibile stampante rosa emula la tecnologia a getto d’inchiostro per riprodurre diversi tipi di tumori realistici per testare i farmaci antitumorali. Anche se la ricerca sulla bioprinting è in forte espansione in Australia, ci sono pochissime aziende che commercializzano la tecnologia. Abbiamo intervistato Julio Ribeiro, CEO di Inventia Life Sciences, per capire come l’azienda e la sua piattaforma supportano la ricerca sul cancro.
Perché ti sei interessato al bioprinting?
Stavo seguendo da vicino l’emergere della bioprinting 3D nei primi anni 2000 e mi sono ispirato al potenziale trasformativo della tecnologia. Sulla base della mia esperienza nel settore delle scienze della vita, ho potuto vedere che, se la capacità fosse stata applicata in modo intelligente alla creazione di microtessuti per la ricerca biomedica e la scoperta di farmaci, attraverso una piattaforma semplice e intuitiva, avrebbe potuto accelerare rapidamente la ricerca con un impatto simile all’avvento della tecnologia PCR [reazione a catena della polimerasi]. Costruendo una base sostenibile per il business e la tecnologia basata su questa applicazione, fornirebbe un fantastico trampolino di lancio per estendere l’uso della tecnologia nell’ingegneria dei tessuti e nella medicina rigenerativa.
Il bioprinting fornisce gli strumenti di cui l’industria sanitaria ha bisogno per essere digitalizzata?
Nonostante i significativi progressi tecnologici, ci sono ancora aspetti della ricerca biomedica, della scoperta di farmaci e dell’assistenza sanitaria che si basano su processi sorprendentemente arcaici. Ad esempio, gran parte della scoperta preclinica di farmaci viene ancora condotta testando composti contro cellule che crescono su superfici plastiche 2D o in laboriosi modelli generati manualmente che limitano la produttività e la potenza statistica. Processi come questi sono inefficienti, spesso impossibili da riprodurre e rappresentano un modo gravemente inadeguato per iniziare un processo di sviluppo di farmaci che potrebbe richiedere da 10 a 15 anni e miliardi di dollari. Stiamo sicuramente assistendo alla convergenza di tecnologie nell’automazione, nei big data e nella biologia per spostare in modo massiccio la velocità e la portata della ricerca biomedica. La piattaforma RASTRUMha un ruolo importante da svolgere in tale trasformazione, consentendo la creazione di tessuti biologici con una velocità, una scala e una riproducibilità che prima non erano possibili. Questa stessa capacità, a lungo termine, consentirà nuovi paradigmi di trattamento attraverso l’ingegneria dei tessuti e la rigenerazione.
Gli sferoidi bioprinted 3D che utilizzano RASTRUM hanno un’organizzazione simile a quella degli sferoidi prodotti manualmente, ma consentono un’analisi della risposta farmacologica ad alto rendimento da carta Produzione precisa e ad alta velocità di sferoidi multicellulari con una bioprinter 3D su misura (Credit: Inventia Life Sciences)
In che modo la tua tecnologia aiuterà la ricerca oncologica?
RASTRUM ha un enorme potenziale nel campo della ricerca sul cancro, della medicina personalizzata e rigenerativa. Come parte di questo, può accelerare il processo di sperimentazione farmacologica, essendo in grado di testare centinaia di nuovi candidati farmacologici contro le cellule tumorali in una frazione del tempo normalmente necessario. Con la combinazione di velocità e precisione, può produrre modelli di celle che non possono essere prodotti utilizzando altri metodi nel giro di poche ore. È importante sottolineare che è delicato e utilizza meno cellule rispetto ad altri approcci di modelli di cellule 3D, il che è utile quando si maneggiano preziose cellule derivate dal paziente o cellule neurali sensibili.
In che modo la tecnologia di Inventia è diversa dalle bioprinter concorrenti?
RASTRUM è stato progettato come una piattaforma olistica pensando agli utenti dei biologi cellulari e collegando i bioink proprietari con i suoi meccanici di stampa specializzati. Fondamentalmente, RASTRUM presenta una tecnologia drop-on-demand, simile al modo in cui funziona una stampante a getto d’inchiostro per uso domestico. La tecnologia consente la stampa senza contatto di minuscole goccioline di celle e componenti della matrice in un modo molto rapido e preciso che è delicato sulle celle. La sua filosofia di progettazione consente un semplice approccio plug-print-play con l’elevata capacità di produzione di centinaia di modelli di celle 3D all’ora. Gli idrogel proprietari di RASTRUM sono unici nella loro capacità di adattarsi a diversi tipi di cellule e tessuti modificando la rigidità e la biofunzionalità, imitando così l’ambiente nativo dei tessuti animali e umani. Inoltre, sono sottoposti a rigorose convalide,
E cosa rende la piattaforma così unica?
L’interfaccia utente presenta un software semplice e end-to-end basato sul flusso di lavoro che guida intuitivamente il ricercatore durante l’intero processo di bioprinting. I protocolli pre-validati di RASTRUM (inclusi autopulizia, preparazione della matrice e progettazione di modelli 3D) non richiedono conoscenze o esperienze di bioprinting precedenti e consentono all’utente di concentrare il proprio tempo sui risultati sperimentali piuttosto che preoccuparsi dei parametri delle stampanti 3D. I modelli di cellule 3D che genera imitano i tessuti umani sani e malati, come quelli trovati nel cancro, e possono essere creati ad alto rendimento con una gamma di applicazioni tra cui screening dei farmaci, medicina personalizzata e rigenerazione dei tessuti.
L’uso di 10 ugelli indirizzabili indipendentemente fa una grande differenza per il risultato finale?
Il dispositivo è stato realizzato tenendo conto degli obiettivi futuri dei suoi utenti. Incorporando 10 ugelli indirizzabili in modo indipendente nella sua testina di stampa, è in grado di stampare contemporaneamente più tipi di celle e componenti matrice, che non possono essere raggiunti con i metodi attuali. Questo processo non solo consente di risparmiare tempo, ma consente anche la generazione di modelli di celle 3D complessi con più di 1 tipo di cella nello stesso esperimento.
Fino ad ora, quali ricerche sono state condotte utilizzando RASTRUM?
È stato utilizzato in un’ampia gamma di aree di ricerca dai nostri clienti e collaboratori. È stata esplorata la generazione di modelli complessi di co-coltura con più tipi di cellule, in particolare nella ricerca sul cancro immuno-oncologico sui tumori solidi, osservando l’interazione delle cellule immunitarie con le cellule tumorali. La modulazione dell’ambiente della matrice è stata anche ampiamente esplorata incorporando vari fattori di crescita, peptidi di adesione cellulare e proteine a lunghezza intera negli idrogel proprietari di RASTRUM per imitare i vari comportamenti cellulari nei tessuti malati e sani.
Inoltre, RASTRUM è stato utilizzato anche ai fini dello screening dei farmaci per studiare l’interazione tra farmaci e cellule. Questi studi si sono concentrati sulla stampa di semplici modelli 3D contenenti cellule, utilizzando sia linee cellulari stabilite (cuore, polmone, pelle, fegato, cellule neurali) sia cellule derivate dal paziente prelevate da biopsie. La sua compatibilità con una vasta gamma di tecniche automatizzate di imaging e analisi consente ai ricercatori di selezionare grandi librerie di composti e candidati farmaceutici ad alta produttività.
Inventia gestisce il proprio laboratorio di ricerca?
Inventia ha un proprio laboratorio di ricerca biologica sul sito presso la sede di Sydney. È qui che il team sviluppa nuovi bioink e convalida i vari tipi di cellule che possono essere stampati utilizzando RASTRUM. Oltre al nostro sviluppo interno, Inventia Life Science ha un gran numero di collaboratori in Australia e all’estero, che utilizzano RASTRUM per sviluppare e convalidare nuovi modelli e applicazioni di celle. L’ingegneria e la produzione della macchina vengono svolte anche nel nostro sito di Sydney, il che ci rende orgogliosamente australiani di proprietà e gestione.
Parlando dell’ambiente di bioprinting australiano, diresti che si sta muovendo molto velocemente?
L’Australia è ed è stata all’avanguardia nella ricerca biomedica per molti anni. Abbiamo molte istituzioni di livello mondiale e una comunità di ricercatori con una storia eccezionale e riconosciuta a livello globale. Abbiamo anche una grande forza in ingegneria e tecnologia e sistemi sanitari eccellenti. Questa è terra fertileper lo sviluppo di tecnologie biomediche innovative, come abbiamo visto in passato in Australia con casi di successo di dispositivi medici. Si dice spesso che l’Australia sia al di sopra del suo peso nella ricerca e nell’innovazione, ma rimanga indietro nel portare quelle grandi idee sul mercato. Sebbene ciò possa essere vero per la storia recente, con nuove opportunità e un aumento dei finanziamenti pubblici e privati, crediamo di assistere a un’emergenza di una nuova industria nel paese e Inventia Life Science è entusiasta di aiutare a guidare tale trasformazione.
Qual è il prossimo progetto di Inventia?
Ci sono alcuni progetti molto interessanti in cantiere per il team di Inventia. In particolare il lavoro in corso con i partner clinici per far progredire la medicina rigenerativa in aree come la pelle bioprintata per ustioni e ferite. Altre aree che stiamo esplorando attivamente includono la medicina personalizzata, in cui una piccola parte di una biopsia prelevata da un paziente potrebbe essere utilizzata per produrre una serie di modelli cellulari da sottoporre a screening in una biblioteca di farmaci. Stiamo anche lavorando allo sviluppo di modelli polmonari 3D per l’uso nella ricerca sui farmaci COVID-19.
Cosa possiamo aspettarci per l’industria della bioprinting nei prossimi decenni?
Il bioprinting è un campo in rapida crescita. Avrà sicuramente un impatto enorme sull’accelerazione dei test antidroga, nonché sul campo della medicina personalizzata in cui un campione di tessuto verrà prelevato da un paziente affetto da cancro o altre malattie e sottoposto a screening contro centinaia di farmaci per trovare il miglior trattamento possibile regime. Come parte del suo recente successo, RASTRUM è stato riconosciuto nei premi World Changing Ideas di FAST Company, come vincitore nella categoria Experimental. Questo recente risultato parla dell’importanza della bioprinting 3D e dei recenti progressi che sono stati fatti usando RASTRUM. Il lavoro svolto sta costruendo una solida base per future ricerche sulla generazione di tessuti umani per trapianti.
