Il futuro della sperimentazione

aperturaOrgan-on-chip è una piattaforma tecnologica vivente che consente di migliorare le terapie per un’ampia classe di malattie. Abbiamo incontrato Remi Villenave durante la seconda Conferenza scientifica EFSA per farci raccontare i risultati delle sue ricerche sui recenti sviluppi della modellazione in biologia. La sua curiosità scientifica per questo settore è stata il motivo per cui ha accettato un posto, nel 2012, presso il Wyss Institute di Harvard, nel laboratorio di Don Ingber, con lo scopo di sviluppare un nuovo modello di Airway Lung-Chip, data la sua competenza nella biologia epiteliale delle vie respiratorie e sull’interazione ospite-patogeno. In questo ruolo, in collaborazione con ricercatori di case farmaceutiche, ha sviluppato l’Airway Lung-Chip per lo studio e la per la sperimentazione di nuove terapie per le malattie polmonari come asma, BPCO e infezioni respiratorie. Dopo aver migliorato con successo questa nuova piattaforma e la pubblicazione dello studio in una rivista scientifica, si è unito al team scientifico di Emulate per sviluppare ulteriormente e applicare la tecnologia Organs-on-Chips, che offre una finestra sul funzionamento interno del corpo umano a malattie respiratorie e infettive. Attualmente, dirige il laboratorio R&D di Emulate, una nuova start up che mira a commercializzare Organs-on-chips.

Ci può raccontare la sua carriera scientifica?
Ho conseguito il dottorato di ricerca presso il Ultan Power’s lab a Belfast, nel Regno Unito, dove ho lavorato allo sviluppo di un modello pediatrico di infezione da virus respiratorio sinciziale umano, utilizzando un modello 3D dell’epitelio respiratorio basato sulla differenziazione delle cellule epiteliali respiratorie primarie ottenute da neonati e bambini. Durante il dottorato di ricerca e il mio primo post-dottorato, abbiamo dimostrato che il nostro modello riusciva a inglobare le caratteristiche della malattia nei bambini e poteva essere utilizzato per comprendere meglio la malattia causata dal virus. Dopo aver completato i miei studi universitari in Francia, dove ho frequentato l’Università Paul Sabatier di Tolosa per la mia formazione di biologia cellulare e poi all’Università di Parigi Orsay per studiare genomica, ho lavorato alla Sanofi. Qui ho appreso l’uso delle biotecnologie, lavorando in laboratorio con il Dottor Bruno Dumas sulla biosintesi del testosterone umano da lieviti geneticamente modificati. Successivamente, sono passato a Pierre Fabre, una società farmaceutica francese di medie dimensioni, dove ho contribuito a sviluppare una base di dati tossicogenomici per lo screening di composti epatotossici.

Remi Villenave

Remi Villenave

Cosa sono Organs-on-Chips e come funzionano?
Sono composti da chip a base polimerica, trasparenti e flessibili, che contengono canali rivestiti con cellule umane viventi. Ogni Organ-on-Chip può contenere decine di migliaia di cellule nelle dimensioni di una chiavetta USB. Sono sistemi viventi miniaturizzati che rappresentano la più piccola unità funzionale di un organo, ricreano la funzionalità degli organi del corpo umano e i processi della malattia. Ogni singolo circuito integrato rappresenta un organo specifico. Nel corso degli ultimi anni, il laboratorio di Don Ingber, presso il Wyss Institute di Harvard, ha sviluppato Organs-on-Chips per fungere da modelli per una gamma di sistemi di organi. Grazie alle ricerche pioneristiche del luglio 2014, commercializziamo Organs-on-Chips in prodotti che possono essere utilizzati nel settore industriale. Fino a oggi, abbiamo sviluppato modelli per Lung-on-Chip, Liver-on-Chip, Gut-on-Chip e Kidney-on-Chip. Stiamo anche sviluppando chip per altri organi, quali la pelle, gli occhi e della barriera emato-encefalica.

Ci può fare degli esempi di applicazione?
In collaborazione con Johnson&Johnson Innovation/Janssen Pharmaceuticals usiamo il Lung-Chip per modellare la trombosi polmonare. Per mezzo di nuovi Thrombosis-on-Chip siamo riusciti a modellare la risposta umana in un microambiente ingegnerizzato vivente, i gruppi di ricerca stanno valutando il potenziale di farmaci che possono causare trombosi, il potenziale effetto collaterale di alcune classi di farmaci, come gli immunoterapici e i farmaci oncologici. Questo è un esempio di applicazione della gamma di diverse tipologie di Organs-on-Chips, che abbiamo sviluppato, per raccogliere dati sul potenziale di risposta ai farmaci, che consentano la progettazione e la selezione di farmaci che possiedono un elevato potenziale di successo nel corso degli studi clinici sull’uomo. Con Michael J. Fox Foundation for Parkinson’s Research (MJFF) stiamo studiando un’applicazione della nostra piattaforma Organs-on-Chips per indagare sulla sicurezza di una classe di farmaci candidati chiamati inibitori della chinasi, LRRK2, per il trattamento del morbo di Parkinson. Creeremo un sistema umano per valutare e confrontare i parametri di tossicità polmonare, che sono stati osservati in studi sugli animali con inibitori della chinasi LRRK2. L’obiettivo è quello di consentire ai ricercatori di progettare farmaci migliori e più sicuri e prevedere le risposte umane ai farmaci candidati, valutarne la sicurezza, e ottenere informazioni sui meccanismi di azione degli inibitori della chinasi LRRK2. Le mutazioni della LRRK2 sono una causa della malattia di Parkinson, l’inibizione terapeutica della chinasi LRRK2 può fornire un mezzo per affrontare una delle cause biochimiche che sono alla base della malattia di Parkinson. Infine, con il Cedars Sinai’s Regenerative Medicine Institute, stiamo utilizzando Brain-on-Chip per riprodurre un microambiente del cervello umano, per far ciò stiamo utilizzando cellule staminali pluripotenti indotte (iPS), ottenute da pazienti campioni. Le applicazioni di questa tecnologia consentono il miglioramento della ricerca e lo sviluppo dei farmaci per le malattie neurodegenerative, il miglioramento della comprensione dei meccanismi chiave di questo tipo di malattie, come la sclerosi laterale amiotrofica (SLA) o morbo di Parkinson.

PrintQuali saranno le future direzioni della ricerca?
Nei prossimi 5-10 anni prevediamo che Organs-on-Chips diventerà uno standard industriale utilizzato nello sviluppo di farmaci, così come in altri settori come la cosmetica e la chimica. Quando guardiamo al futuro, prevediamo progressi nell’utilizzo di Organs-on-Chips abbinati alle cellule staminali, per fornire soluzioni a questioni che richiedono lo studio di diverse popolazioni di pazienti. Ci aspettiamo che siano utilizzati per indagare su malattie come l’Alzheimer, e in ricerche che valutino i legami tra la genetica e le malattie. Stiamo perfezionando la nostra piattaforma tecnologica in modo da arrivare a costruire una «Human-Body-on-Chip» che consenta di replicare le risposte del corpo umano nel suo complesso, collegare diversi Organs-on-Chips insieme è una capacità unica del nostro sistema. Stiamo conducendo ricerche su You-on-a-Chip, combinando Organs-on-Chips con cellule staminali degli individui, per implementare la medicina personalizzata.

Un nuovo approccio
Nel giro di pochi anni è stata dimostrata l’efficacia di utilizzo di questi complessi modelli tridimensionali di organi umani per capire le malattie, identificare le tossine nell’ambiente e aiutare a curare malattie mortali, come la sepsi e l’edema polmonare. Tradizionalmente, gli scienziati hanno utilizzato colture di cellule in piastre di Petri e modelli animali per capire come un corpo umano può reagire a un farmaco, a una tossina, o alla malattia. Ma i modelli basati sui test animali spesso falliscono, sono molto costosi e richiedono anni per ottenere risultati.

Oltre la scienza
Organ-on-Chip è stato inserito nella collezione permanente di design del Museum of Modern Art di New York, 5 anni dopo il loro sviluppo, ed è anche stato nominato Design of the Year 2015.

 

di Marco Colombini

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