Dispositivi microfluidici rivestiti con cellule umane viventi per lo sviluppo di farmaci, la modellazione delle malattie e la medicina personalizzata
Emulate, Inc. sta sfruttando la tecnologia degli organi su chip del Wyss Institute per imitare gli organi umani in vitro , consentendo uno sviluppo di farmaci più rapido, migliore ed economico e approfondimenti sulla salute umana.
Il problema
Lo sviluppo di farmaci è notoriamente lento e costoso: possono essere necessari fino a 10 anni e costare più di 3 miliardi di dollari per portare un nuovo composto dal laboratorio al mercato. Una delle principali cause di questa inefficienza è la tradizionale dipendenza dalla sperimentazione di farmaci sugli animali prima che vengano testati sull'uomo. I modelli animali spesso non riflettono accuratamente la fisiologia umana, il che significa che i farmaci che sembrano essere sicuri ed efficaci negli animali spesso si rivelano dannosi o inefficaci negli esseri umani. Questa discrepanza in biologia fa sì che molti farmaci inutili o tossici avanzino attraverso studi clinici a grandi spese, mentre i composti potenzialmente efficaci non arrivano mai sul mercato. È necessario un modo migliore per modellare la biologia umana e le malattie in vitro per accelerare lo sviluppo di nuovi farmaci e la medicina personalizzata.
La nostra soluzione
Un team multidisciplinare di ricercatori e collaboratori del Wyss Institute ha adattato i metodi di produzione di microchip per computer per creare "Organs-on-Chips" (Organ Chips): dispositivi di coltura microfluidica che ricapitolano le complesse strutture e funzioni degli organi umani viventi. Questi microdispositivi sono composti da un polimero trasparente flessibile delle dimensioni di una chiavetta USB che contiene canali microfluidici cavi rivestiti con cellule di organi umani viventi e cellule di vasi sanguigni umani. Queste sezioni trasversali viventi e tridimensionali degli organi umani forniscono una finestra sul loro funzionamento interno e sugli effetti che le droghe possono avere su di loro, senza coinvolgere esseri umani o animali.
Abbiamo fatto un progresso rivoluzionario nella microingegneria realizzato nel nostro laboratorio accademico e, in una manciata di anni, l'abbiamo trasformato in una tecnologia che ora è pronta ad avere un grande impatto sulla società .
Viaggio del prodotto
Donald Ingber , MD, Ph.D., direttore fondatore del Wyss Institute, è stato ispirato a creare Organ Chips nel 2007 dopo aver visto una dimostrazione di un "polmone su un chip" che conteneva canali delle dimensioni delle vie aeree polmonari umane ma non cellule viventi. Quando lo studente che ha svolto quel lavoro, Dan Huh , si è poi unito al laboratorio di Ingber come borsista post-dottorato, Ingber ha sfidato i due a dare vita all'idea.
Hanno iniziato a capire come creare un'impalcatura molecolare all'interno di canali microfluidici in grado di supportare più tipi di cellule viventi per ricreare le interfacce tissutali che si trovano nelle sacche d'aria polmonari. Dopo molti tentativi ed errori, hanno creato con successo un polmone umano vivente su un chip e hanno pubblicato un articolo su Science su di esso nel 2010.
Con il sostegno aggiuntivo della sovvenzione da parte della Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), Food and Drug Administration (FDA) e National Institutes of Health (NIH), Ingber e il suo team del Wyss Institute hanno sviluppato più di quindici diversi modelli di Organ Chip, inclusi i chip che imitano il polmone , l' intestino , i reni e il midollo osseo . Hanno anche perfezionato e convalidato il potenziale di impatto di Organ Chips dimostrando che Organ Chips potrebbe replicare gli effetti dei farmaci esistenti ed essere utilizzati per sviluppare nuovi farmaci per le malattie umane. Inoltre, lo sforzo DARPA ha supportato la progettazione di uno strumento che automatizza le operazioni dei chip e collega fluidamente più Organ Chips insieme per creare un " Body-on-Chips” che può rivelare come i farmaci influiscono su più sistemi di organi e predicono i cambiamenti dinamici nei livelli di farmaco che si verificano nel sangue dei pazienti umani.
Impatto
Solo quattro anni dopo la pubblicazione del loro primo articolo che descrive gli Organ Chips viventi, un gruppo di ricercatori del Wyss Institute ha lanciato Emulate, Inc. nel 2014 per sviluppare e commercializzare ulteriormente la tecnologia Organ Chip, portando sul mercato questi importanti strumenti di ricerca. Gli Organ-Chips di Emulate sono stati installati in oltre 150 laboratori , tra cui 17 delle prime 25 aziende biofarmaceutiche globali, utilizzati dalla FDA per studiare la sicurezza delle terapie e dei vaccini COVID-19 e persino utilizzati in esperimenti nello spazio . Attraverso molteplici collaborazioni con aziende come AstraZeneca e Johnson & Johnson , Organ-Chips viene utilizzato per identificaretossicità specie-specifiche , consentendo previsioni più accurate degli effetti di un farmaco sull'uomo. Dal suo lancio, Emulate ha raccolto oltre $ 200 milioni di finanziamenti, incluso un round di serie E da $ 82 milioni guidato da Northpond Ventures. Emulate è stata anche nominata da Fast Company come una delle 10 aziende biotecnologiche più innovative del 2022 .
Il Wyss Institute sta ora utilizzando Organ-Chips di Emulate per condurre ricerche vitali su un'ampia gamma di malattie umane e possibili trattamenti per esse, tra cui COVID-19, influenza , malnutrizione , esposizione alle radiazioni e fibrosi cistica . Inoltre, Organ Chips ha ricevuto il premio Design of the Year 2015 , acquisito dal Museum of Modern Art (MoMA) di New York City per la sua collezione permanente, nominata una delle 10 migliori tecnologie del 2016 dal World Economic Forum, e presenti nei musei di tutto il mondo, tra cui il Barbican Center , il Cooper Hewitt Smithsonian Design Museum e ilMuseo del design Martin-Gropius-Bau .
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