WFIRM sviluppa un mini modello con organi 3D del corpo umano

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Un team di scienziati del Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (WFIRM) nella Carolina del Nord ha segnalato lo sviluppo del “modello di laboratorio più sofisticato al mondo del corpo umano”. Sviluppato utilizzando la bioprinting 3D e altre tecniche di biofabricazione, il modello è costituito da un sistema di organi 3D miniaturizzati e può essere utilizzato per applicazioni di test antidroga.

Il team WFIRM afferma che il modello di laboratorio 3D può aiutare le aziende farmaceutiche ad accelerare lo sviluppo di farmaci e ridurre i costi degli studi clinici determinando in anticipo se un determinato farmaco è dannoso per gli organi umani. Il modello potrebbe anche, per inciso, ridurre la dipendenza dai test sugli animali.

Il modello miniaturizzato del corpo umano è composto da molti tipi di cellule umane, ognuno dei quali rappresenta un organo ed è stato biografato in una struttura simile a un tessuto. Secondo quanto riferito, gli organi in miniatura misurano circa un milionesimo delle dimensioni di un organo umano adulto.

Nonostante le sue dimensioni, il nuovo modello di laboratorio può essere utilizzato per testare i farmaci e prevederne i risultati su tessuti e organi umani a grandezza naturale. Ciascuno degli organi in miniatura nel modello del corpo umano è un sistema complesso, costituito da vasi sanguigni, cellule del sistema immunitario e in alcuni casi fibroblasti. Incredibilmente, i piccoli organi 3D svolgono le stesse funzioni dei veri organi umani: il cuore batte circa 60 volte al minuto, i polmoni respirano aria e il fegato scompone i composti tossici.

“La capacità più importante del sistema tissutale di organi umani è la capacità di determinare  molto rapidamente se un farmaco è tossico per l’uomo e il suo potenziale utilizzo nella medicina personalizzata”, ha spiegato Anthony Atala, scienziato presso WFIRM e autore senior dello studio. “Eliminare i farmaci problematici all’inizio del processo di sviluppo o terapia può letteralmente far risparmiare miliardi di dollari e potenzialmente salvare vite”.

Secondo quanto riferito, il modello di organo 3D, finanziato dalla Defense Threat Reduction Agency (DTRA), è già stato utilizzato. Gli scienziati della WFIRM affermano che il sistema è stato in grado di misurare la tossicità in numerosi farmaci approvati, determinando la loro rimozione dal mercato perché ritenuti potenzialmente dannosi. La tossicità rilevata dal modello di organo 3D non è stata trovata utilizzando i sistemi di coltura cellulare 2D né tramite i metodi di sperimentazione sugli animali convenzionalmente utilizzati. Anche gli effetti avversi dei farmaci non sono stati rilevati in tre livelli di studi clinici sull’uomo, ma il piccolo modello di tessuto è stato in grado di dimostrare il danno causato dal farmaco sugli organi umani.

“Sapevamo da subito che dovevamo includere tutti i principali tipi di cellule presenti nell’organo originale”, ha dichiarato il co-autore Aleks Skardal, ex WFIRM e ora alla Ohio State University. “Per modellare le diverse risposte del corpo ai composti tossici, abbiamo dovuto includere tutti i tipi di cellule che producono queste risposte”.

Per mantenere sani gli organi in miniatura, il modello di tessuto ha un sistema circolatorio del sangue attraverso il quale circola una sostanza ricca di nutrienti e ossigeno in tutti gli organi. Per abbinare la scala degli organi, la rete sanguigna è stata prodotta utilizzando la fabbricazione microfluidica. Questo approccio ha anche permesso al team di garantire che i farmaci e le molecole tossiche fossero trasportati attraverso gli organi, facendo ricircolare i campioni più e più volte attraverso ciascun organo, nello stesso modo in cui il cuore avrebbe fatto ricircolare le molecole attraverso il sangue.

“La creazione di microscopici organi umani per i test antidroga è stata un’estensione logica del lavoro che abbiamo realizzato nella costruzione di organi a misura d’uomo”, ha aggiunto il coautore Thomas Shupe, di WFIRM. “Molte delle stesse tecnologie che abbiamo sviluppato a livello umano, come includere un ambiente molto naturale in cui le cellule possono vivere, hanno anche prodotto risultati eccellenti se ridotte a livello microscopico”.

L’anno scorso, gli scienziati di WFIRM hanno fatto notizia per lo sviluppo di un tessuto tracheale multimateriale biostampato 3D che combina cellule muscolari lisce e cartilagini.

Autore Tess Boissonneault

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