La sperimentazione sugli animali è da tempo un protocollo consolidato nei programmi di scoperta di farmaci. Ma ci sono problemi sistemici con la metodologia tutt'altro che affidabile. Infatti, solo il 10% dei farmaci che passano dalla sperimentazione sugli animali alle sperimentazioni cliniche sull'uomo ha successo.
Tali basse rese aumentano il tempo e le spese necessarie per immettere i prodotti farmaceutici sul mercato, alimentando le lamentele di assicuratori e agenzie governative sulle strutture di prezzo nel settore. Inoltre, gli esseri umani sono diventati più sensibili alla difficile situazione dei nostri soggetti di test sugli animali, dando all'industria farmaceutica una cattiva immagine morale.
Di conseguenza, ricercatori accademici e industriali hanno a lungo cercato un sistema migliore e ora sembra che la tanto attesa fattibilità della tecnologia microfluidica nei test sui farmaci sia diventata una delle favorite per sostituire la sperimentazione sugli animali.
Organo su un chip
I dispositivi microfluidici possono creare un microambiente controllato che essenzialmente duplica la fisiologia e la funzione di un organo rivestendo i minuscoli canali del dispositivo con cellule di organi e vasi sanguigni umani. I farmaci vengono quindi introdotti nell'ecosistema, in modo che possano essere osservate interazioni specifiche. I dati riguardanti la tossicità e altri effetti possono essere raccolti e ora la FDA accetta questo tipo di dati al posto dei dati dei test sugli animali.
Molti gruppi hanno dimostrato come funzionano varie piattaforme Organ On A Chip, da Lungs presso il Los Alamos National Lab a Corneas presso l'Università di Hong Kong. Il valore predittivo di Organ-Chips nel sistema di test antidroga ha dimostrato di essere valido, portando il metodo verso l'accettazione generale.
Cuore su un chip
Il dott. Darwin Reyes-Hernandez, un ingegnere biomedico del National Institute of Standards and Technology (NIST) nella divisione Microsystems and Nanotechnology del Physical Measurement Laboratory (PML), e il suo team hanno appena pubblicato delle entusiasmanti scoperte nella tecnologia Heart on a Chip. L'articolo del Lab on a Chip Journal descrive l'uso della tecnologia microfluidica per ricreare le condizioni dell'infarto miocardico per sviluppare trattamenti biotecnologici. Ciò che viene comunemente definito "attacco cardiaco" è la morte delle cellule cardiache dovuta alla mancanza di afflusso di sangue.
È interessante notare che, proprio come il tessuto epatico, i nuovi progressi stanno mostrando una rigenerazione di successo delle cellule cardiache, portando a risultati migliori per i pazienti. Heart on a Chip velocizza la raccolta dati per dimostrare l'efficacia del trattamento e accelerare le approvazioni della FDA per le sperimentazioni sull'uomo.
La nuova piattaforma del NIST
L'Heart on a Chip del NIST è anche fabbricato su un nuovo tipo di piattaforma. Il dott. Reyes-Hernandez spiega che miniaturizzando il sistema microfluidico sono in grado di ridurre le distanze che le cellule devono percorrere, il che porta a tempi molto più rapidi per vedere le interazioni con i media esterni. Utilizzando un nuovo concetto di design trans-well, le cellule possono essere intrappolate sulla parte superiore e inferiore della membrana del dispositivo microfluidico a una distanza di circa 11 micron.
Al centro della fabbricazione della piattaforma ci sono elettrodi d'oro larghi 10 micron usati per le misurazioni dell'impedenza. Il processo può misurare in tempo reale il movimento continuo delle cellule, che è importante anche nella ricerca sul cancro.
"Fortunatamente", sottolinea il dott. Reyes-Hernandez, "abbiamo accesso al NIST NanoFab, un Fab di fotolitografia in loco che consente al nostro team di creare le microstrutture necessarie per il nuovo design della piattaforma microfluidica. La produzione avanzata ha consentito l'avanzamento di una soluzione ad alta velocità per i trattamenti di una delle principali malattie mortali al mondo".
Produzione avanzata su scala micro
Il NIST promuove l'innovazione con strumenti di produzione avanzati all'avanguardia come il NanoFab. Per i gruppi senza risorse in loco che necessitano di fabbricazione ad alta risoluzione nell'intervallo da 1 a 200 micron, Potomac Photonics è in grado di aiutare a creare soluzioni di miniaturizzazione con laser UV e microlavorazione micro-CNC. La nostra capacità di produzione di prototipi ad alto volume crea anche prototipi progettati per la produzione, garantendo tempi di commercializzazione rapidi e scalabilità immediata.
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