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I ricercatori di Bernese sviluppano un polmone-su-chip della seconda generazione

Il polmone è un organo complesso di cui la funzione principale è di scambiare i gas. È il più grande organo nel corpo umano e svolge un ruolo chiave nell'ossigenazione di tutti gli organi. dovuto la sua struttura, composizione cellulare e microenvironment dinamico, è difficile da imitare in vitro.

Un laboratorio specializzato del centro per ricerca tecnica biomedica, università di ARTORG di Berna, intestata da Olivier Guenat ha sviluppato una nuova generazione di modelli in vitro chiamati organo-su-chip per oltre 10 anni, messa a fuoco sulla modellistica il polmone e delle sue malattie.

Dopo un primo riuscito sistema del polmone-su-chip che esibisce le funzionalità essenziali del polmone, il laboratorio (OOC) delle tecnologie del Organo-su-Chip ora ha sviluppato un polmone-su-chip di prossima generazione puramente biologico in collaborazione con il centro di Helmholtz per la ricerca di infezione in Germania e gli instituti toracici di pneumologia e della chirurgia a Inselspital.

Una aero-sangue-barriera al naturale completamente biodegradabile

Pauline Zamprogno, che ha sviluppato il nuovo modello per la sua tesi di PhD al OOC, riassume le sue caratteristiche: “Il nuovo polmone-su-chip riproduce una schiera degli alveoli con le dimensioni in vivo simili. È basato su una membrana sottile e stretchable, fatta con le molecole trovate naturalmente nel polmone: collageno ed elastina. La membrana è stabile, può essere coltivata da entrambi i lati per le settimane, è biodegradabile ed i sui beni elastici concedono imitare i moti respiratori meccanicamente allungando le celle.„

Al contrario alla prima generazione, che egualmente è stata sviluppata dal gruppo intorno ad Olivier Guenat, il sistema messo a punto riproduce gli aspetti chiave della matrice extracellulare del polmone (ECM): La sua composizione (supporto delle cellule fatto delle proteine del ECM), la sua struttura (schiera degli alveoli con la dimensione simile a quelle trovate in vivo + struttura della fibra) ed i sui beni (biodegradabilità, un aspetto chiave alla barriera studiante che ricostruisce durante le affezioni polmonari quale IPF o COPD). Ulteriormente, il trattamento di montaggio è semplice e meno ingombrante che quello di una membrana porosa stretchable del polydimethylsiloxane dal polmone-su-chip di prima generazione.

Vaste applicazioni cliniche potenziali

Le celle da coltivare sul nuovo chip per la ricerca corrente sono ottenute dai malati di cancro che subiscono le resezioni del polmone al dipartimento di Inselspital di ambulatorio toracico. Il dirigente dipartimentale Ralph Schmid vede un doppio vantaggio nel sistema: “Il polmone-su-chip della seconda generazione può essere seminato con le celle in buona salute o malate di alveolar del polmone. Ciò fornisce ai clinici sia una migliore comprensione della fisiologia del polmone che uno strumento premonitore per la selezione della droga e potenzialmente egualmente per la medicina di precisione, identificando la terapia specifica il migliore potenziale dell'aiuto del paziente particolare.„

Le domande di tali membrane provengono vaste, dalle ricerche di scienza di base sulle funzionalità e sulle patologie del polmone, ad identificare le nuove vie e ad una scoperta più efficiente di nuove terapie potenziali.„

Thomas Geiser, capo, dipartimento di pneumologia, Inselspital e Direttore, insegnamento e ricerca del Insel Gruppe

Alternativa potente ai modelli animali nella ricerca

Come un supplementare più, il nuovo polmone-su-chip può diminuire l'esigenza della ricerca pneumological basata sui modelli animali. “Molti candidati di promessa della droga esaminati con successo nei modelli preclinici sui roditori sono venuto a mancare una volta provati in esseri umani dovuto le differenze fra le specie e nell'espressione di un'affezione polmonare,„ spiega Olivier Guenat. “Ecco perché, a lungo termine, miriamo a diminuire la sperimentazione animale e fornire ai sistemi paziente-più pertinenti per la selezione della droga la possibilità di adeguare ai modelli i pazienti specifici (seminando organo-su-chip con le loro proprie celle).„

Il nuovo polmone-su-chip biologico più ulteriormente sarà sviluppato da Pauline Zamprogno ed i suoi colleghi dal gruppo di tecnologie di OOC per imitare un polmone con fibrosi polmonare idiopatica (IPF), una malattia cronica del polmone che piombo allo sfregio progressivo del tessuto polmonare nel quadro di un progetto di ricerca costituito un fondo per dal centro di competenza dello svizzero 3R (3RCC). “Il mio nuovo progetto consiste nello sviluppo dell'IPF-sul modello del chip basato sulla membrana biologica. Finora, abbiamo sviluppare una barriera sana di aero-sangue. Ora è tempo di usarla per studiare una domanda biologica reale,„ dice Zamprogno.

Le tecnologie del Organo-su-Chip del gruppo di ricerca del ARTORG concentrano

Questo gruppo specializzato del centro di ARTORG per ricerca tecnica biomedica sviluppa il organo-su-chip, la messa a fuoco sul polmone e le sue malattie, in collaborazione con i dipartimenti di medicina polmonare e di ambulatorio toracico del Inselspital. Il gruppo combina l'assistenza tecnica, in particolare microfluidics e microfabbricazione, metodi tecnici progettuali del tessuto e di biologia cellulare, scienze dei materiali e medicina.

Il loro primo sviluppo di un polmone-su-chip respirante più ulteriormente è sviluppato in collaborazione con il AlevoliX start-up, allo scopo per rivoluzionare la ricerca preclinica. Recentemente il gruppo ha sviluppato una messa a fuoco di seconda generazione interamente biologica del polmone-su-chip sulla ricreazione della barriera di aero-sangue del polmone. Una seconda direzione della ricerca punta su sviluppare un microvasculature funzionale del polmone. Qui, le celle endoteliali del polmone sono seminate in un ambiente micro-costruito, in cui auto-montano per sviluppare una rete dei microvessels perfusable e contrattili soltanto di alcuni dieci dei micrometri di diametro.

Accanto alle applicazioni farmaceutiche, il organo-su-chip è veduto come avendo il potenziale di essere utilizzato nella medicina di precisione per verificare le proprie celle del paziente per adattare la migliore terapia. Ancora, tali sistemi hanno il potenziale significativo di diminuire la sperimentazione animale nella ricerca di vita scienza e medica. Il gruppo di OOC gestisce la funzione del Organo-su-Chip, fornente gli scienziati a partire dall'università di Berna, l'ospedale universitario di Berna ed oltre l'infrastruttura e la strumentazione per produrre le unità e i organo-su-chip microfluidic della prova.

Source:
Journal reference:

Zamprogno, P., et al. (2021) Second-generation lung-on-a-chip with an array of stretchable alveoli made with a biological membrane. Communications Biology. doi.org/10.1038/s42003-021-01695-0.