Tehnologia organ-on-chip (OOC) – organ sau chiar organe pe un cip – este o abordare inovatoare care reproduce structurile și funcțiile organelor umane pe platforme microfluidice, oferind perspective detaliate asupra proceselor fiziologice complicate. Această tehnologie oferă avantaje unice față de modelele convenționale in vitro și in vivo și, prin urmare, are potențialul de a deveni noul standard pentru cercetarea biomedicală și screeningul medicamentelor.
Sistemele organ-on-chip sunt culturi de celule microfluidice care imită activitatea, mecanica și răspunsul fiziologic al unui organ sau al unui sistem de organe. Startup-urile biotech lucrează la evoluția acestor sisteme, intenționând să înlocuiască testarea pe animale din procesul de dezvoltare a noilor medicamente. Mai mult, deoarece aceste sisteme folosesc celule umane, răspunsul farmacocinetic este de așteptat să fie mai asemănător rezultatelor care s-ar obține la testări efectuate pe pacienți umani decât celor pentru care testele se fac pe animale.
Doar 7% din studiile de succes pe animale se continuă cu studii clinice umane
Introducerea unui nou medicament pe piață costă miliarde de dolari și poate dura peste un deceniu. Această uriașă investiție de timp și bani este una din cauzele pentru care costurile medicale sunt atât de ridicate. De asemnea, dimensiunile acestor investiții sunt obstacole semnificative în calea furnizării de noi terapii pacienților. Unul dintre motivele principale din spatele acestor bariere sunt modelele de laborator folosite de cercetători pentru a dezvolta medicamente.
Studiile preclinice sau studiile care testează eficacitatea și toxicitatea unui medicament înainte de a intra în studiile clinice pe oameni, sunt efectuate în principal pe culturi celulare și animale. Ambele sunt limitate de capacitatea lor slabă de a imita condițiile corpului uman. Culturile de celule dintr-o cutie Petri nu sunt capabile să reproducă fiecare aspect al funcției tisulare, cum ar fi modul în care celulele interacționează în organism sau dinamica organelor vii. Iar animalele nu sunt oameni! Chiar și micile diferențe genetice între specii se pot traduce în diferențe fiziologice majore.
Ca dovadă, doar 7% dintre studiile de succes pe animale pentru terapiile pentru cancer se continua cu studii clinice umane. Modelele animale rareori reușesc să prezică efectele medicamentelor în studiile clinice pe oameni, iar aceste eșecuri, în faza avansată a cercetărilor, pot crește semnificativ atât costurile, cât și riscurile pentru sănătatea pacientului.
Ce sunt organele pe cipuri?
La sfârșitul anilor 1990, s-a descoperit o modalitate de a stratifica polimeri elastici pentru a controla și a examina fluidele la nivel microscopic. Este ceea ce a lansat domeniul microfluidicii, care, pentru științele biomedicale, implică utilizarea dispozitivelor care pot imita fluxul dinamic al fluidelor din organism, cum ar fi sângele.
Progresele în microfluidică au oferit cercetătorilor o platformă pentru a cultiva celule care funcționează similar modului în care ar funcționa în corpul uman: așa-numitele organe-pe-cip – organs-on-chip (OOC). Cipul este, practic, dispozitivul microfluidic care încapsulează celulele și, de obicei, este realizat cu aceeași tehnologie care se folosește pentru fabricarea cipurilor de computer.
Pe lângă faptul că organele pe cip imită fluxul sanguin din organism, aceste platforme au microcamere care permit cercetătorilor să integreze mai multe tipuri de celule pentru a imita gama variată de tipuri de celule prezente în mod normal într-un organ. Fluxul fluidului conectează aceste tipuri de celule multiple, permițând cercetătorilor să studieze modul în care interacționează între ele.
Această tehnologie poate depăși limitările atât ale culturilor de celule statice, cât și ale studiilor pe animale în mai multe moduri. În primul rând, prezența fluidului care curge în model îi permite să imite atât ceea ce o celulă experimentează în organism, cum ar fi modul în care primește nutrienți și elimină deșeurile, cât și modul în care un medicament se va mișca în sânge și se interacționa cu mai multe tipuri de celule. Capacitatea de a controla fluxul de fluid permite, de asemenea, cercetătorilor să ajusteze doza optimă a medicamentului.
Modelul pulmonar-on-chip, de exemplu, poate să integreze atât calitățile mecanice, cât și cele fizice ale unui plămân uman viu. Este capabil să imite dilatarea și contracția sau inhalarea și expirația plămânului și să simuleze interfața dintre plămân și aer. Capacitatea de a reproduce aceste calități permite cercetătorilor să studieze mai bine afectarea plămânilor prin diferiți factori.
TOP 5 AL AL STARTUP-URILOR BIOTECH OOC
Iată un Top 5 al startup-urilor biotech specializate pe dezvoltarea organelor pe cip (OOC) alcătuit din cele 58 de astfel de companii existente la nivel global și identificate de platforma StartUs Insights Discovery prin AI și analize de big data.
- Tissue Dynamics (Israel) – SCREENING-UL MEDICAMENTELOR
Startup-ul israelian Tissue Dynamics oferă soluții de screening pentru toxicitatea și eficacitatea medicamentelor. Startup-ul folosește o bibliotecă diversă din punct de vedere etnic de linii de hepatocite în proliferare pentru a produce organe pe cipuri. Aceste soluții reduc costurile de cercetare și dezvoltare și măresc siguranța și eficacitatea screening-ului medicamentelor. Pe lângă faptul că deservește industria farmaceutică, Tissue Dynamics deservește și industriile nutraceutică și cosmetică.
- Altis Biosystems (SUA) – PLATFORMĂ DE CELULE STEM
Progresele în tehnologia celulelor stem le permit cercetătorilor să bio-fabrice țesuturi sau organe întregi pe o schelă. Celulele stem pluripotente induse (iPSCs), în special, deschid calea pentru terapiile pe bază de celule autologe ca tratament pentru o serie de boli degenerative.
Spre deosebire de cultura celulară tradițională, organele pe cipuri recreează morfologia tridimensională și mediul organelor reale. Acest lucru îmbunătățește procesul de modelare a bolii și duce la crearea unor medicamente mai sigure și mai eficiente.
Startup-ul Altis Biosystems din SUA construiește o platformă de celule stem pentru a recrea epiteliul intestinal uman. RepliGut este un sistem organ-pe-cip care conține celule stem și celule diferențiate într-o schelă biomimetică în curs de brevetare. Soluția permite personalizarea pentru specificul regional al intestinului subțire și colonului de la donatori multipli.
- Bi/ond (Țările de Jos) – ORGANOIZI
Organoizii sunt versiuni miniaturizate ale organelor care, de obicei, se auto-organizează in vitro din celule derivate de la pacient. Încorporarea țesuturilor esențiale ale unui organ într-un model simplu, dar realist oferă o platformă pentru inspecția vizuală și chimică a modificărilor organelor atunci când sunt supuse unor tratamente diferite. Startup-urile explorează soluții organoid-on-chip pentru a îmbunătăți modelele de boală și pentru a oferi medicamente personalizate.
Startup-ul olandez Bi/ond dezvoltă soluții personalizabile organ-on-chip pentru teste in vitro. inCHIPit cuprinde un puț deschis în care se află țesuturile, o membrană poroasă și un compartiment inferior pentru microcanale care transportă oxigen și nutrienți. Soluția permite testarea culturilor de țesuturi organoide care sunt adaptabile longitudinal folosind dispozitive compatibile cu microscopul. În plus, soluția permite testarea morfologiei, viabilității și răspunsului la medicamente, dar și analiza expresiei proteinei.
- Netri (Franța) – BRAIN-ON-CHIP
În timp ce creierul este unul dintre cele mai importante organe din corpul uman, startup-urile farmaceutice s-au ferit în mare măsură de cercetarea în domeniul neuroștiințelor. Motivele pentru această reticență includ complexitatea uriașă a creierului, lipsa metodelor de a efectua intervenții și bariera hemato-encefalică. Acum, soluțiile brain-on-chip permit startup-urilor farmaceutice o modalitate manipulabilă de a investiga efectul medicamentelor asupra creierului.
Startup-ul francez Netri creează soluții brain-on-chip pentru aplicații în neuroștiințe. Sistemul bazat pe microfluidică al startup-ului reconstruiește rețeaua structurală și funcțională a creierului in vitro și oferă soluții personalizate la cheie, care prezintă o arhitectură cu mai multe compartimente și un micromediu controlat. Acest lucru ajută companiile farmaceutice să studieze în profunzime bolile neurodegenerative pentru descoperirea de medicamente eficiente.
- Hesperos (SUA) – MULTI-ORGAN-ON-CHIP (MOC)
O mulțime de boli, inclusiv lupusul și COVID-19, afectează adesea mai multe sisteme de organe. Acest lucru necesită modele care prezintă mai multe organe pentru a înțelege mai bine progresia bolii. Soluțiile multi-organ-on-cip integrează microfluidica cu modelarea matematică și farmacodinamică pentru a emula mai bine răspunsurile fiziologice interconectate.
Startup-ul Hesperos din SUA oferă soluții multi-organ-on-cip pentru sectorul farmaceutic. Hesperos combină un mediu celular fără ser și un sistem de curgere gravitațională pentru a crea modele de toxicologie sistemică cu mai multe organe interconectate. În plus, soluțiile lor includ două până la patru organe dintr-un sistem, inclusiv modele de inimă, ficat, joncțiune neuromusculară, mușchi scheletici, neuroni și cancer.
