THE APPLICATION OF FLUIDIC SYSTEMS TO BASIC RESEARCH AND DRUG DISCOVERY APPLICAZIONE DI SISTEMI FLUIDICI NELLA RICERCA DI BASE E NEL DRUG DISCOVERY

APPLICAZIONE DI SISTEMI FLUIDICI NELLA RICERCA DI BASE E NEL DRUG DISCOVERY L’intero processo del drug discovery and developlemt è molto lungo e dispendioso e, nonostante ciò, porta spesso a numerosi fallimenti. Si stima infatti che solo una molecola su 10,000 venga approvata e raggiunga effettivamente lo scaffale. Diventa quindi sempre più necessario ottimizzare ogni stadio dello sviluppo preclinico perché la velocità e la precisione di queste premature fasi è cruciale per migliorare quelle successive. Oltre quindi al crescente aumento dei costi, alla complessità del processo e della competitività sul mercato si aggiunge anche la sempre più stringente legislazione sull’uso di animali per indagini cliniche. Nonostante i test sugli animali assorbano una parte abbastanza grande delle risorse, non sempre sono sufficientemente predittivi. Da qui nascono molti metodi alternativi supportati e validati anche da organizzazioni internazionali che, ad oggi, sono complementari ai test in-vivo e non possono comunque sostituire i test sugli animali che rimangono ancora fondamentali. La scienza che ha fornito i principi di base per molti metodi alternativi è la fluidica: una tecnologia che permette la rilevazione, il calcolo e il controllo di un fluido che ha applicazioni anche nella vita di tutti i giorni. La fluidica viene rimpicciolita in microfluidica (10–9-10–18mL). Ciò porta ad innumerevoli vantaggi: l’uso di minori quantità di reagenti, diminuendo il livello di rumore e il numero di esperimenti utili. Non sono necessari materiali costosi né personale altamente qualificato, abbattendo così i costi e migliorando la bontà dei dati, potendo ottenere un ampio numero di analisi automatizzate. Applicata all’ingegneria cellulare la microfluidica dà inoltre la possibilità di coltivare co-culture 3D in uno spazio e in modo controllati, la possibilità di mimare membrane fisiologiche anche con materiali come l’ECM, di generare e controllare gradienti tramite l’integrazione di flussi, opportunità intrinseca nei bioreattori. Malgrado i numerosi vantaggi la microfluidica è limitata dall’ampio rapporto superficie su volume che crea elevati livelli di shear stress, causando un’obbligata diminuzione del flusso e minor circolo di ossigeno e nutrienti per evitare danni alle cellule. Inoltre nei sistemi microfluidici aumenta la probabilità di formare bolle, che non riescono a essere eliminate nemmeno con forze esterne. Infine, le micro dimensioni degli apparecchi possono rendere più difficoltosa la costruzione e l’assemblaggio. Queste lacune vengono colmate dalla millifluidica (1-100 mL), una scienza relativamente più recente. Sono molti i sistemi commerciali micro e millifluidici lanciati sul mercato da diverse aziende che collegano uno o più colture cellulari per ottenere cellule, organi o “umani” su chip collegando diversi tipi di colture cellulari. La maggior parte delle applicazioni riguardano uno degli organi più importanti: il fegato. E’ infatti possibile aumentare la sopravvivenza degli epatociti in coltura, fare test tossicologici e sul metabolismo e mimare il decorso di processi fisiologici e patologici. Altre applicazioni riguardano polmoni, cellule gastriche e intestino.