Organ-on-Chip, TEER e sviluppo di nuovi farmaci
A cura di Subhra Nag, PhD
Il processo di scoperta e sviluppo dei farmaci è estremamente lento e costoso. Le autorità di regolamentazione, come la FDA statunitense, richiedono l’uso di modelli animali per valutare assorbimento, distribuzione, metabolismo ed escrezione (ADME), parametri che permettono di stimare la sicurezza e l’efficacia di un farmaco. Analogamente, gli studi sul metabolismo dei farmaci e sulla farmacocinetica (DMPK) sono fondamentali nella fase preclinica. Le concentrazioni nel sangue dei farmaci somministrati per via orale sono state confrontate tra esseri umani e animali, e i dati ottenuti hanno mostrato una scarsa correlazione. Nei modelli animali, la clearance renale può sovrastimare quella umana.1 Pertanto, i risultati degli studi sugli animali non sono sempre applicabili agli esseri umani. Tuttavia, durante la fase di scoperta dei farmaci, gli studi farmacocinetici (PK) vengono normalmente condotti sugli animali. Per ragioni etiche, si evita di ricorrere agli studi sugli animali quando esistono alternative adeguate. Le colture cellulari 2D possono fornire informazioni farmacocinetiche di base, come quelle sull’assorbimento dei farmaci. Tuttavia, nelle colture cellulari 2D la tossicità può essere sovrastimata o sottostimata, poiché nei semplici modelli di coltura cellulare normalmente mancano i meccanismi metabolici in vivo che portano alla formazione dei metaboliti.1 È quindi necessario creare modelli in vitro efficaci per valutare ADME-DMPK.
I modelli organ-on-chip (OoC) e gli organoidi stanno diventando sempre più diffusi, poiché permettono di utilizzare più sistemi cellulari in strutture miniaturizzate e di coltivare e mantenere i tessuti in condizioni fisiologiche rilevanti in vivo, come il flusso dei fluidi e le forze di taglio. Il principale vantaggio della tecnologia OoC per gli studi ADME-DMPK è la possibilità di collegare tra loro diversi modelli di organi, ricreando condizioni in vivo equivalenti a quelle di più organi. Con gli OoC, l’assorbimento, il trasporto e il metabolismo di un farmaco possono essere monitorati efficacemente utilizzando barriere fisiologicamente rilevanti.1
La resistenza elettrica transendoteliale/epiteliale (TEER) è un metodo analitico non invasivo e senza marcatura che consente di stimare le proprietà di barriera dei tessuti epiteliali ed endoteliali.2 I campioni sottoposti all’analisi TEER possono essere riutilizzati per altri test o esperimenti. Le misurazioni TEER basate su EVOM™ di WPI sono considerate il riferimento assoluto per la misurazione TEER e sono state utilizzate e citate negli anni per diversi modelli di tessuto.2-4 Da oltre 35 anni WPI offre soluzioni manuali per la misurazione TEER, dai precedenti sistemi manuali come EVOM, EVOM2, ERS ed ERS-2 all’attuale EVOM™ Manual; da oltre 10 anni offre anche soluzioni automatizzate per la misurazione TEER, dai precedenti sistemi automatici, tra cui REMS, all’attuale EVOM™ Auto. WPI offre elettrodi compatibili con piattaforme di misurazione adatte a piastre da 6, 12, 24 e 96 pozzetti. Con l’emergere del settore OoC, WPI continua a integrare la propria tecnologia EVOM™ nelle piattaforme OoC, affinché i modelli di tessuto possano essere convalidati mediante misurazioni TEER. La qualità dei tessuti OoC può essere verificata funzionalmente con misurazioni TEER rapide e semplici prima di condurre studi ADME-DMPK. La tecnologia EVOM™ di WPI potrebbe quindi rappresentare una soluzione promettente per le applicazioni OoC, la convalida dei modelli OoC, l’analisi della qualità (QA) e il controllo qualità (QC).
Riferimenti
1. van Berlo, Damiën, et al. "Il potenziale dei modelli multi-organo-su-chip per valutare la distribuzione dei farmaci come alternativa alla sperimentazione animale." Current Opinion in Toxicology 27 (2021): 8-17.
2. Nazari, Hojjatollah, et al. "Progressi nelle misurazioni TEER delle barriere biologiche nei sistemi microfisiologici." Biosensors and Bioelectronics (2023): 115355.
3. Elbrecht, Daniel H., Christopher J. Long, e James J. Hickman. "Teoria e applicazioni della resistenza elettrica transepiteliale/transendoteliale (TEER) per dispositivi microfluidici body-on-a-chip." Journal of Rare Diseases Research & Treatment 1.3 (2016).
4. Srinivasan, Balaji, et al. "Tecniche di misurazione TEER per sistemi di modelli di barriera in vitro." Journal of laboratory automation 20.2 (2015): 107-126.
