Può organo

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Cosa succede quando microtecnologia e biologia si incontrano? Otteniamo l'organo su chip (OOC).

Organ-on-a-chip è una tecnologia unica e innovativa che mira a ricreare la struttura e la funzione di tessuti e organi su un dispositivo o chip in miniatura. Il tessuto o l'organo stesso può essere ingegnerizzato o acquisito naturalmente e viene coltivato all'interno di un chip microfluidico.

Questa tecnologia rappresenta una grande promessa per rivoluzionare la ricerca biomedica e fornire un’alternativa ai tradizionali test sugli animali. Tuttavia, la ricerca su questa tecnologia è ancora agli inizi.

La sperimentazione animale viene utilizzata da molto tempo nella ricerca scientifica, così come nei test cosmetici e nello sviluppo di farmaci. Tuttavia, solleva notevoli preoccupazioni etiche a causa della sofferenza e dei danni causati agli animali.

Wynn Institute/Università di Harvard

Inoltre, poiché la fisiologia umana e quella animale non sono identiche, esistono limitazioni associate all’utilizzo di modelli animali per l’uomo. Questa discrepanza può portare a problemi nella previsione dell’efficacia e della sicurezza dei prodotti.

Quindi ora le vere domande sono: la tecnologia OOC è un sostituto migliore per i test sugli animali e può accelerare lo sviluppo di farmaci?

Qui esploriamo le possibilità di utilizzo della tecnologia OOC a scopo di test, la direzione in cui è diretto lo sviluppo tecnologico nel settore e le limitazioni che ostacolano il progresso.

La tecnologia OOC integra principi di microtecnologia, biologia e ingegneria per creare modelli di tessuti funzionali. Questi chip sono tipicamente realizzati con materiali trasparenti e sono costituiti da canali microfluidici rivestiti da cellule viventi.

La creazione di dispositivi OOC comporta tipicamente la fabbricazione del chip utilizzando tecniche di microfabbricazione, seguite dalla preparazione di colture cellulari che vengono poi integrate nei canali microfluidici del chip.

Mikael Häggström, MD/Wikimedia Commons

Una volta che il campione è pronto, viene creato un ambiente dinamico per stabilire il flusso del fluido e vengono applicate forze meccaniche per imitare l'ambiente dell'organo. I dispositivi OOC sono inoltre dotati di sensori collegati che aiutano a monitorare vari parametri come la vitalità, il metabolismo e l'attività elettrica dell'organo.

Fornendo un ambiente tridimensionale che imita l’azione dei tessuti e degli organi nativi, la tecnologia OOC consente alle cellule di interagire e comunicare in modo molto simile a come fanno nei sistemi di organi reali.

In generale, esistono due tipi di tecnologia OOC, a seconda del numero di organi presenti sul chip: sistemi OOC a organo singolo e sistemi OOC multiorgano.

I sistemi OOC a organo singolo sono costituiti da un singolo organo e sono incredibilmente utili per esplorare la funzione dei singoli organi. Tuttavia, la funzione dei singoli organi è influenzata anche da altri organi, motivo per cui è fondamentale studiare anche i sistemi OOC multiorgano.

Uno dei primi concetti di un sistema multi-organo su un chip è stato studiato da Kwanchanok Viravaidya, Aaron Sin e Michael L. Shuler nel 2004. Il loro dispositivo OOC era una combinazione di quattro compartimenti, che rappresentavano il polmone, il grasso, il fegato e altri tessuti. .

NCATS/Wikimedia Commons

Tuttavia, una delle grandi scoperte nella tecnologia OOC è stata guidata da Donald Ingber del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell’Università di Harvard. Nel 2010, Ingber e il suo team hanno sviluppato con successo il primo lung-on-a-chip microingegnerizzato.

Ma in cosa differisce la tecnologia OOC dalle colture cellulari tradizionali?

Le tradizionali colture cellulari o tissutali vengono utilizzate per coltivare e studiare le cellule in laboratorio. Questi metodi prevedono la crescita di cellule su superfici bidimensionali come piastre di Petri o fiasche per colture cellulari, tipicamente in un mezzo liquido contenente nutrienti essenziali e fattori di crescita.

Il termine "cultura dei tessuti" è stato coniato dal patologo americano Montrose Thomas Burrows ed esiste dal 1800. Tuttavia, i recenti progressi nella tecnologia OOC le consentono di superare le colture cellulari tradizionali sotto molti aspetti diversi.