Ciacole de scienza - Dal Centro Miniaturizzazione Delle Forze agli organi su chip: quando la fantascienza diventa realtà (ma all’opposto)

«Te ga visto la mia chiavetta co’ le foto de le vacanze? L'avevo apogiata qua». «No la go vista. Te perdi sempre tuto». «Chissà dove finissi le robe che perdo… Su un altro pianeta?» «Ma te sa che ne lo spazio ghe xe ‘ndate davero de le specie de chiavette? Le xe un fià speciali, perché no le contien foto, ma cellule umane! I se ciama organ-on-chip».

Te ga visto la mia chiavetta co’ le foto de le vacanze? L'avevo apogiata qua». «No la go vista. Te perdi sempre tuto». «Chissà dove finissi le robe che perdo… Sul pianeta dele robe smaride?» «Ma te sa che ne lo spazio ghe xe ‘ndate davero de le specie de chiavette? Le xe un fià speciali, perché no le contien foto, ma cellule umane! I se ciama organ-on-chip.»

Gli Organ-on-Chip (OoC) sono piccoli dispositivi, delle dimensioni di una chiavetta USB, progettati per riprodurre alcune funzioni degli organi umani in laboratorio. Contengono canali microscopici attraversati da fluidi e rivestiti da cellule umane, che possono comunicare tra loro attraverso membrane porose. Alcuni dispositivi applicano anche stimoli meccanici, ad esempio, per imitare i movimenti respiratori o intestinali.

Le prime ricerche che hanno portato allo sviluppo di questa tecnologia risalgono ai primi anni 2000, quando Dan Huh e Shuichi Takayama crearono un dispositivo microfluidico in grado di riprodurre l’accumulo di liquidi nei polmoni. Da allora, la tecnologia si è evoluta consentendo lo studio di numerosi organi, sia in condizioni normali che di malattia. Sono stati sviluppati anche sistemi multiorgano per studiare fenomeni complessi, come la diffusione a distanza delle cellule tumorali.

Uno dei principali vantaggi degli Organ-on-Chip è la capacità di ricreare microambienti dinamici, simili a quelli in cui normalmente si trovano le cellule. Ciò favorisce un’organizzazione cellulare e un’espressione genica più rappresentative delle condizioni dell’organismo rispetto alle colture tradizionali. Inoltre, l’impiego di cellule umane riduce i limiti legati alle differenze tra specie, che ostacolano la capacità dei modelli animali di predire la risposta ai farmaci. Queste caratteristiche rendono gli Organ-on-Chip promettenti per lo sviluppo di nuove terapie nonché per la medicina personalizzata. Tuttavia, le loro potenzialità hanno già superato i confini della Terra: durante la missione Artemis II sono stati inviati nello spazio chip contenenti cellule immature del midollo osseo, isolate dal sangue degli astronauti. Lo scopo è studiare gli effetti delle radiazioni dello spazio profondo e della microgravità.

La tecnologia presenta anche dei limiti, come i costi elevati, la complessità delle procedure e la necessità di competenze specifiche. Un ulteriore ostacolo riguarda la standardizzazione e la validazione dei dispositivi. In questo contesto, è stato istituito in Europa un gruppo di lavoro specifico, il CEN/CENELEC Focus Group Organ-on-Chip (FG OoC), con lo scopo di gettare le basi normative per accelerare il passaggio degli Organ-on-Chip al mercato industriale.

Nel frattempo, la Food and Drug Administration (FDA) ha aggiornato il proprio quadro normativo, aprendo maggiormente all’impiego di metodi alternativi ai test sugli animali, come gli OoC. Ciò sottolinea il potenziale degli Organ-on-Chip nel contribuire all’applicazione del principio delle 3R: replacement, cioè sostituire l’uso degli animali ogni volta che è possibile; reduction, cioè ridurre al minimo il numero di animali impiegati; e refinement, cioè minimizzare la sofferenza degli animali coinvolti.

Insomma, se in Viaggio allucinante erano le persone a diventare microscopiche per esplorare il corpo umano, oggi sono gli organi a essere riprodotti in miniatura per studiarne il funzionamento.  

Foto Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, Harvard University

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