Sistema di organi in gocce pendenti

Le gocce sono continuamente rifornite di soluzione nutritiva, che viene alimentata nei canali da una pompa. Un collare sul bordo del canale impedisce al liquido di fuoriuscire dal canale e di inondare la piattaforma. La soluzione nutritiva viene alimentata in modo tale che le gocce rimangano della stessa dimensione. Se venisse pompata troppa soluzione, le gocce cadrebbero. Questo ha permesso a Frey di progettare il sistema senza coperchio ermetico, semplificando notevolmente la produzione e il funzionamento della nuova piattaforma. Tuttavia, le colture cellulari devono ancora essere conservate in un incubatore in condizioni di umidità elevata e controllata.

Realizzata la visione body-on-a-chip

I ricercatori possono anche alimentare il sistema con sostanze attive da testare in concentrazioni specifiche Chi siamo. Disponendo queste linee di alimentazione, canali e gocce, è possibile generare diverse concentrazioni di sostanze attive da una fila all'altra, creando un gradiente di concentrazione su tutta la piattaforma.

Con questo sistema, appena presentato su Nature Communications, i ricercatori del D-BSSE possono disporre diversi sferoidi di diversi tipi di cellule in sequenza, come avviene nel corpo, ed esporli a diverse concentrazioni di una sostanza in un'unica operazione. Questo permette agli scienziati di simulare realisticamente un sistema multiorgano su una piastra. "Abbiamo così realizzato un sistema body-on-a-chip in modo relativamente semplice", spiega Frey, che lavora a questa piattaforma di test da due anni.

Cellule del fegato collegate a cellule tumorali

I test iniziali su sferoidi di cellule epatiche e tumorali sono stati molto promettenti. Frey e i suoi collaboratori hanno caricato tre gocce di fila con cellule epatiche e la quarta con cellule tumorali. Dopo che le cellule si erano organizzate in sferoidi, Frey ha introdotto un farmaco citostatico, cioè una sostanza che inibisce la crescita delle cellule, nel dispositivo di prova in concentrazioni diverse per ogni fila.

Il principio attivo utilizzato uccide le cellule tumorali solo se le cellule del fegato lo attivano preventivamente. I ricercatori sono riusciti a ricostruire questo effetto. Allo stesso tempo, hanno osservato la concentrazione alla quale la tossina inizia a colpire le cellule tumorali e quando anche le cellule epatiche iniziano a soffrire. Se nel sistema mancavano le cellule epatiche, il farmaco non aveva effetto sulle cellule tumorali alle concentrazioni corrispondenti, come previsto.

Sistema in iscrizione

Frey e i suoi colleghi hanno iscritto una domanda di brevetto per la loro nuova piattaforma di test. ? relativamente semplice e poco costosa da produrre. Richiede uno stampo negativo in silicio, che viene prodotto in una camera bianca. Da esso si possono poi ricavare stampi economici utilizzando un polimero. Per grandi quantità, si può utilizzare anche un processo di stampaggio a iniezione, in cui una singola piattaforma costa solo pochi centesimi. I ricercatori di Basilea hanno sviluppato la produzione della micromaglia per la piattaforma in collaborazione con la società InSphero, un'azienda in apertura del D-BSSE.

Le aziende farmaceutiche sono probabilmente tra quelle interessate a testare nuovi principi attivi per verificarne l'efficacia e gli effetti collaterali indesiderati. Il nuovo sistema consente di farlo in modo rapido, flessibile e semplice. "Il nostro sistema sarà interessante per le aziende farmaceutiche perché fornisce loro indicazioni realistiche, in una fase iniziale, sulla potenziale nocività di una nuova sostanza", sottolinea Frey. Ad esempio, sarebbe possibile verificare in una fase iniziale di sviluppo come e se un nuovo farmaco per il cuore influisce sul fegato.

In un ulteriore passo, i ricercatori di Basilea vorrebbero dotare la loro piattaforma di gocce sospese di sensori in grado di misurare i prodotti metabolici presenti nelle gocce. Ciò dovrebbe rendere possibile la lettura continua dei dati. I sensori misurano ad esempio il lattato o il glucosio. "Anche se la produzione di chip sarà probabilmente un po' più complessa a causa dell'integrazione dei sensori, una piattaforma di questo tipo ci fornirà molte più informazioni", afferma Andreas Hierlemann.