Heart-on-a-Chip promette benefici cardiovascolari

La HoC promette di sostituire la sperimentazione sugli animali, abbreviare i tempi di sviluppo dei farmaci e ridurre i costi. Imita le interazioni delle cellule all’interno del cuore su un piccolo chip e fa parte della più ampia suite organ-on-a-chip (OoC).

Il design effettivo dell’HoC varia, ma in genere è un chip piccolo, trasparente o semitrasparente costituito da una rete di microcanali stampati su uno strato di polimero.

Questi microcanali sono progettati per imitare i vasi sanguigni presenti nel cuore umano.

I ricercatori inseriscono cellule cardiache umane all’interno di questi microcanali per manipolare e osservare il loro comportamento. I ricercatori possono stimolarli in modo indipendente o osservare il loro comportamento in diverse condizioni, come l’introduzione di un farmaco.

“Il cuore su chip è progettato per imitare le condizioni di un cuore reale”, afferma il ricercatore del NIST Darwin Reyes, che ha guidato lo sviluppo di questo sistema HoC. “Possiamo manipolare l’ambiente per trasformare le cellule staminali in cellule cardiache e farle contrarre e rilassare, come fanno in un corpo per produrre un battito cardiaco”.

Il “cuore” del sistema OoC risiede nella microfluidica che i ricercatori possono utilizzare per creare modelli avanzati di organi e tessuti su piccoli chip in laboratorio.

“Il chip stesso può essere utilizzato con molti tipi di cellule diversi”, ha affermato Reyes. “In questo progetto in particolare, stiamo utilizzando cellule cardiache, ma è possibile utilizzare una versione personalizzata del sistema con altre cellule per monitorare il loro comportamento visivamente ed elettronicamente.”

Il concetto di OoC si estende oltre il cuore. I ricercatori possono creare chip che imitano le condizioni di vari organi e questi chip possono anche essere interconnessi per formare un sistema multi-organo.

Ad esempio, potresti avere un HoC collegato a un fegato su chip per simulare il modo in cui il cuore e il fegato interagiscono in risposta a determinati farmaci o condizioni mediche. Questo approccio fornisce una comprensione più completa di come i diversi organi funzionano insieme nel corpo umano.

Nello sviluppo di farmaci tradizionali, gli animali vengono spesso utilizzati come soggetti di prova. Tuttavia, la fisiologia animale non corrisponde perfettamente alla fisiologia umana. Un farmaco può superare un test su un soggetto animale ma può poi fallire nella sperimentazione umana. Ciò non solo ritarda il processo di test antidroga, ma espone anche i soggetti umani al rischio di effetti avversi del farmaco.

“L’obiettivo finale è, se possibile, riuscire a evitare del tutto la sperimentazione sugli animali”, ha affermato Reyes. “Ciò ridurrebbe anche il tempo necessario per testare i farmaci, il che, si spera, farebbe sì che i farmaci costino meno”.

Mentre HoC si concentra sullo sviluppo di farmaci cardiovascolari, le capacità di OoC si estendono oltre un organo specifico. Il sistema può essere applicato a vari tipi di cellule, comprese quelle rilevanti per la ricerca sul cancro.

“Siamo nella fase di test per capire come possiamo monitorare il movimento e l’aggressività delle cellule tumorali in tempo reale”, afferma Reyes, “La nostra speranza è che, in futuro, con più test, il sistema possa essere in grado di fornire misurazioni di aggressività delle cellule tumorali che potrebbe aiutare con la diagnosi”.