I tessuti e gli organi umani costruiti artificialmente sono stati sviluppati con una serie di scopi diversi in mente, dalla robotica avanzata e nuovi materiali allo screening dei farmaci. La precisione richiesta dalle applicazioni di screening dei farmaci pone requisiti particolarmente elevati sulla precisione con cui i costrutti biomimetici replicano le caratteristiche dei tessuti e i comportamenti coinvolti nell'assorbimento dei farmaci.
Un nuovo anticipo, pubblicato questa settimana sulla rivista Biomicrofluidica , ora offre la possibilità di costruire tessuto vascolarizzato e imitare la somministrazione di farmaci in vivo in tessuto epatico biostampato in 3D. Una collaborazione davvero internazionale, con ricercatori affiliati al Cile, Italia, Arabia Saudita, Corea e Stati Uniti, ha sviluppato questo modello di fegato relativamente semplice per offrire un sistema più accurato per i test di tossicità dei farmaci.
"La maggior parte dei modelli di test antidroga utilizza un tessuto cellulare monostrato bidimensionale (2-D), o un tessuto 3-D, ma senza questa rete, " disse Su Ryon Shin, un istruttore che conduce ricerche presso la Harvard Medical School e uno degli autori dello studio. "I nostri corpi sono in realtà composti da un costrutto 3D con una rete vascolare, non composto da [solo] singole celle."
La struttura 3-D imita meglio l'architettura e la funzionalità del tessuto umano complesso rispetto ai monostrati 2-D dei modelli cellulari, grazie alle loro interazioni cellula-cellula migliorate e funzioni cellulari migliorate. Queste strutture 3-D forniscono un modello di tessuto migliorato e forniscono risposte farmacologiche più realistiche rispetto alle loro controparti 2-D. Questo nuovo campione vascolarizzato offre una maggiore capacità predittiva per i reali livelli di tossicità che il corpo sperimenterebbe.
Stampato con bio-inchiostro che utilizza impalcature sacrificali a microcanali, la rete di canali a strati di cellule endoteliali finali consente l'osservazione degli effetti in vivo dell'assorbimento del farmaco senza dover effettivamente eseguire uno studio in vivo. Inoltre, la tecnica può essere adattata a diversi tipi di cellule per offrire probabilmente test su misura per il paziente della tossicità dei farmaci.
"Stiamo usando cellule umane, e quando abbiamo sviluppato questa tecnica [lo abbiamo fatto in un modo che ci ha permesso] di cambiare facilmente il tipo di cellula, usando forse la cellula primaria di un paziente o le sue cellule endoteliali e possiamo [potenzialmente] creare un modello di tessuto specializzato per l'uomo, " disse Shin.
Sebbene il costrutto sia ancora una versione piuttosto semplificata del tessuto epatico reale, il nuovo livello di complessità di questo modello vascolare ha già aiutato il team a scoprire un meccanismo importante che un costrutto monostrato non potrebbe mai rivelare.
"In base alla nostra scoperta, lo strato endoteliale ritarda la risposta alla diffusione del farmaco, rispetto a senza lo strato endoteliale, " Shin ha detto. "Non cambiano le costanti di diffusione della droga, ma ritardano la permeabilità, quindi ritardano la [risposta] poiché ci vuole tempo per passare attraverso lo strato endoteliale".
Shin in particolare prevede di concentrare la ricerca futura su questa fase di diffusione, e come può essere regolato per ottimizzare l'assorbimento del farmaco. Più in generale, il gruppo spera che questo sia solo un primo passo nello sviluppo di sistemi di test antidroga biostampati più complessi e più veloci, come dispositivi multi-organ-on-a-chip e modelli campione per altri organi e sistemi tissutali. Terapie farmacologiche contro il cancro, Per esempio, richiedono una comprensione degli effetti su vari tessuti al di fuori del solo tessuto canceroso stesso, e trarrebbe grande vantaggio da un simile costrutto.
