I ricercatori sulle cellule staminali del Cedars-Sinai sperimentano una nuova tecnologia per testare chemioterapie e altri farmaci antitumorali per la tossicità cardiaca.

 

 

 

La chemioterapia può essere tossica per le cellule cardiache. Per aiutare a proteggere i cuori dei malati di cancro, i ricercatori del Cedars-Sinai hanno creato un “cuore su un chip” tridimensionale per valutare la sicurezza dei farmaci.

In uno studio pubblicato sulla rivista peer-reviewed Lab on a Chip, dimostrano che il heart-on-a-chip, creato utilizzando cellule staminali, prevede con precisione gli effetti dei farmaci sulle cellule cardiache umane.

I ricercatori hanno lavorato con cellule staminali pluripotenti indotte, che sono cellule del sangue che sono state riprogrammate in cellule staminali e possono essere trasformate in qualsiasi tipo di cellula del corpo.

Hanno usato le cellule staminali per creare due tipi di cellule cardiache, ma invece di metterle tutte insieme in un piatto di coltura cellulare non strutturato, come di solito si fa nei test di tossicità cardiaca, i ricercatori hanno introdotto le cellule in chip specializzati.

I chip 3D sono dotati di due canali disposti in modo da incrociarsi l’uno con l’altro, mantenendo ogni tipo di cella separata ma consentendo loro di interagire. I trucioli consentono anche il movimento e l’introduzione di fluidi.

“Abbiamo fatto crescere le cellule del muscolo cardiaco e le cellule dei vasi sanguigni”, ha detto Arun Sharma, ricercatore presso il Board of Governors Regenerative Medicine Institute, lo Smidt Heart Institute, il Cedars-Sinai Cancer e il Dipartimento di Scienze Biomediche del Cedars-Sinai e autore senior dello studio.

“Il chip ci permette di allungare le cellule avanti e indietro per imitare un battito cardiaco e di introdurre fluido per imitare il flusso di sangue attraverso il cuore. È come dare alle cellule un allenamento che rafforza le cellule muscolari e consente alle cellule vascolari di formare mini strutture simili a vasi sanguigni”.

Queste cellule “mature” forniscono una migliore piattaforma di test per gli studi di tossicità dei farmaci rispetto alle cellule che non hanno subito questo processo di maturazione perché assomigliano più da vicino al modo in cui funzionano le cellule cardiache adulte, ha detto Sharma.

Per dimostrare la competenza del cuore su chip come piattaforma di test farmacologici, il team di ricerca, tra cui l’autore principale e borsista post-dottorato Maedeh Mozneb, ha sottoposto il chip cardiaco a un farmaco chemioterapico chiamato inibitore tirosin-chinasico inibitore VEGFR / PDGFR, che è noto per avere effetti avversi sul muscolo cardiaco e sulle cellule dei vasi sanguigni. Sono stati osservati danni a entrambi i tipi di cellule nei chip cardiaci.

Se gli studi futuri continueranno a mostrare buoni risultati, la tecnologia heart-on-a-chip potrebbe ridurre significativamente i costi di sviluppo dei farmaci e migliorare la velocità con cui le nuove terapie diventano disponibili.

Un’altra possibilità futura per questi chip cardiaci è la creazione di chip specifici per il paziente per personalizzare il trattamento del cancro.

“Se un paziente con cancro potrebbe ricevere un trattamento che potrebbe avere effetti negativi sul suo cuore, possiamo creare cellule staminali pluripotenti indotte da un piccolo campione del loro sangue”, ha detto Sharma.

“Possiamo trasformare quelle cellule staminali in cellule del muscolo cardiaco e dei vasi sanguigni e metterle su un chip che servirà come avatar personalizzato per come il cuore di quella persona potrebbe reagire al trattamento. Questa è una delle applicazioni più entusiasmanti di questa tecnologia, che fa davvero progredire la medicina personalizzata al Cedars-Sinai”.

Un’altra possibilità: portare questi chip al di là di un singolo organo.

“Alla fine speriamo di riunire i nostri vari modelli di organi”, ha detto Clive Svendsen, direttore esecutivo del Board of Governors Regenerative Medicine Institute e co-autore dello studio.

“Il mio laboratorio ha messo a punto questa tecnologia per aiutarci a sviluppare modelli di malattie neurologiche, e altri laboratori del nostro istituto hanno lavorato su chip per il fegato e il microbioma intestinale. Mettere insieme tutti questi chip per creare un modello ‘patient-on-a-chip’ fa parte della nostra visione a lungo termine per la medicina di precisione”.