Nuove applicazioni delle misurazioni della resistenza elettrica transepiteliale (TEER)
A cura di Adrienne L. Watson, PhD
Direttrice scientifica, World Precision Instruments
La resistenza elettrica transepiteliale (TEER) è una metodologia utilizzata da diversi decenni per misurare la resistenza attraverso un monostrato cellulare e valutare la funzione di barriera di uno strato di cellule. Storicamente, le misurazioni TEER sono state impiegate come strumento biologico di base, mentre i ricercatori valutavano la permeabilità degli strati biologici e la funzionalità delle giunzioni serrate tra diversi tipi cellulari. Più recentemente, l’utilità delle misurazioni TEER si è estesa a nuove e diverse applicazioni in vari ambiti. Tra le nuove applicazioni della misurazione TEER emerse di recente figurano la somministrazione di farmaci, la tossicologia, la tecnologia organ-on-chip e il controllo qualità delle terapie cellulari. Tradizionalmente utilizzata per studiare la funzione di barriera dei tessuti epiteliali in vitro, la TEER è diventata uno strumento versatile e traslazionale, che ha fornito informazioni preziose sull’integrità e sulla permeabilità di complessi modelli cellulari e tissutali ingegnerizzati, oltre che misurazioni per il controllo qualità dei prodotti a base cellulare.
Nell’ambito della somministrazione di farmaci, le misurazioni TEER vengono utilizzate per valutare la funzione di barriera di cellule e tessuti epiteliali ed endoteliali e analizzare la permeabilità dei composti farmacologici nel contesto delle interazioni cellula-cellula e dei tessuti di barriera. Studi recenti hanno dimostrato l’efficacia delle misurazioni TEER nella valutazione dei sistemi di somministrazione dei farmaci, come le modifiche chimiche, le nanoparticelle e le modalità di somministrazione basate su cellule, attraverso monostrati di cellule epiteliali ed endoteliali. I valori TEER possono fornire dati quantitativi sulla capacità delle formulazioni farmacologiche di permeare i tessuti e contribuiscono alla comprensione della farmacocinetica e della farmacodinamica dei trattamenti in vivo. La TEER è stata impiegata negli studi in cui farmaci e composti vengono valutati per individuare la via di somministrazione ottimale ed è stata utilizzata anche per analizzare formulazioni farmacologiche nuove e migliorate, al fine di aumentarne l’efficacia nel trattamento dei pazienti quando somministrate per via orale, endovenosa o persino intratecale.
In tossicologia, le misurazioni TEER sono emerse come indicatore dell’impatto o della compromissione della funzione di barriera di un tessuto e come misura della tossicità di sostanze chimiche e composti sulle barriere epiteliali ed endoteliali, come quelle presenti nei polmoni, nel tratto gastrointestinale o nella pelle. Monitorando le variazioni della TEER, i ricercatori possono ottenere informazioni sui meccanismi di tossicità e sviluppare strategie per mitigare gli effetti dannosi delle sostanze chimiche. Le alterazioni della barriera emato-encefalica, la tossicità vascolare a carico delle cellule endoteliali e i cambiamenti nell’integrità della barriera delle cellule epiteliali bronchiali sono tutti esempi di utilizzo delle misurazioni TEER per monitorare e identificare la tossicità di composti specifici su diverse cellule, tessuti e organi.
Le misurazioni TEER vengono inoltre integrate rapidamente nella tecnologia organ-on-chip e in altri sistemi microfisiologici, nei quali la TEER costituisce una misura funzionale fondamentale, eseguibile direttamente sul chip. Le misurazioni TEER nell’ambito della tecnologia organ-on-chip vengono comunemente utilizzate per valutare la funzione di barriera di cellule e tessuti in condizioni di flusso fisiologico, in cui cellule derivate da pazienti o geneticamente ingegnerizzate vengono inserite in matrici e strutture tridimensionali che simulano gli organi e il sistema vascolare umani. Misurando i valori TEER, i ricercatori possono valutare l’integrità e la permeabilità dei tessuti di barriera nei modelli organ-on-chip e utilizzare queste piattaforme complesse e sofisticate per valutare la capacità di un farmaco di attraversare la barriera emato-encefalica, quella di un patogeno di infettare l’epitelio bronchiale e l’effetto di una tossina sulle cellule endoteliali vascolari. È importante riprodurre in queste piattaforme organ-on-chip le misurazioni TEER fisiologiche per dimostrare l’utilità di tali modelli e la loro capacità di riprodurre meglio la biologia e la fisiologia del corpo umano rispetto ad altri sistemi modello meno complessi.
Inoltre, nell’ambito delle terapie cellulari, le misurazioni TEER vengono impiegate per il controllo qualità, così da garantire la funzionalità e l’integrità dei prodotti a base cellulare prima dell’uso clinico. Monitorando le variazioni dei valori TEER, i ricercatori possono valutare la vitalità e la funzione di barriera delle terapie cellulari, come i tessuti derivati da cellule staminali o i costrutti cellulari ingegnerizzati. Le misurazioni TEER sono state utilizzate per valutare la funzione di barriera di monostrati di cellule endoteliali derivati da cellule staminali pluripotenti indotte, fornendo una misura quantitativa per il controllo qualità delle terapie cellulari. Più di recente, le misurazioni TEER sono state introdotte nelle sperimentazioni cliniche sugli epiteli pigmentati retinici per garantirne la qualità e la funzionalità prima dell’uso nell’uomo.
L’uso tradizionale della tecnologia TEER nei laboratori di ricerca continua, ma le misurazioni TEER sono state anche riadattate per rispondere alle esigenze e alle sfide attuali, legate alle domande biologiche ancora senza risposta e alla necessità di garantire la sicurezza, l’efficacia e la qualità di una miriade di nuove modalità terapeutiche in fase di sviluppo per trattare alcune delle malattie più difficili da curare al mondo. L’uso delle misurazioni TEER nella somministrazione di farmaci, nella tossicologia, nella tecnologia organ-on-chip e nel controllo qualità delle terapie cellulari offre nuove opportunità per promuovere la ricerca e lo sviluppo in vari ambiti. Fornendo una valutazione non invasiva e in tempo reale della funzione di barriera, le misurazioni TEER possono contribuire a ottimizzare i sistemi di somministrazione dei farmaci, valutare la tossicità, caratterizzare i modelli organ-on-chip e garantire la sicurezza e l’efficacia delle terapie basate su cellule.
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