Odwzorowująca prawdziwe serce platforma in vitro wyeliminuje z tradycyjnych badań nad lekami ograniczenia czasowe i efekty uboczne.

Opracowywanie leków jest czasochłonnym i kosztownym procesem. Średni czas potrzebny na opracowanie nowego leku wynosi 12 lat, a koszty tego procesu liczone są w miliardach euro. Podczas badań u ludzi i zwierząt mogą występować niepożądane efekty uboczne, a wiele leków w końcu i tak ich nie przechodzi: na rynek trafia poniżej 1 % początkowo badanych środków kandydujących do miana leków.

„Na im dalszym etapie procesu opracowywania leku dochodzi do niepowodzenia, tym większa skala strat inwestycji, zarówno pod względem pieniędzy, czasu, jak i bezpieczeństwa ludzi”, wyjaśnia Roberta Visone, dyrektor ds. operacyjnych w firmie BiomimX.

BiomimX, włoska firma z sektora MŚP, stworzyła nowe, obiecujące rozwiązanie w postaci bijącego serca na chipie. Serce to reaguje na podane leki tak samo jak ludzkie serce, pozwalając badaczom i firmom z przemysłu biofarmaceutycznego na prowadzenie przesiewowych badań toksyczności nowych leków, w efekcie przyspieszając ich opracowywanie. Z pomocą finansowanego ze środków UE projektu uHeart firma przygotowała produkt do wypuszczenia na rynek.

„Te »bijące serca na chipie« są obecnie w stanie wykazywać reakcje na leki odwzorowujące te obserwowane w żywym sercu”, zauważa Visone.

Trening mechaniczny powoduje bicie serca

Opatentowana technologia uBeat™ pozwala na uzyskanie trójwymiarowych konstrukcji komórkowych w ramach kontrolowanej stymulacji mechanicznej. Ten trening mechaniczny przypomina bicie prawdziwego serca i uczy serce in vitro bić tak, jak biłoby naturalne serce. Pozwala to naukowcom na dokładną ocenę tego, jak sprawne ludzkie serce zareagowałoby na określone leki, zapewniając niespotykany dotąd poziom precyzji i dokładności.

„Technologia uBeat™ pozwala nam na tworzenie modeli predykcyjnych ludzkich narządów i chorób, które dostarczają informacji o nieocenionej wartości, a także na planowanie bardziej inteligentnych badań klinicznych”, dodaje Visone.

Do wyhodowania serca technologia ta wykorzystuje ludzkie indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste. Mechanika bicia umożliwia wytworzenie w ciągu tygodnia ludzkiej tkanki sercowej i uzyskania realistycznego bicia serca.

Przy każdym biciu serca przez tkankę przechodzą impulsy elektryczne, powodując kurczenie się komórek serca i mechaniczną deformację macierzy pozakomórkowej. Rozwiązanie uHeart jest w stanie wykryć takie sygnały elektryczne również w trybie online dzięki drugiej chronionej patentem technologii (uECG) oraz monitorować w czasie rzeczywistym zmiany elektrofizjologiczne wywołane przez leki.

.... ZOBACZ RÓWNIEŻ: Transport „in utero” i wszczepienie stymulatora u wcześniaka w pierwszych godzinach życia po porodzie WHO: na szczepionkę przeciwko koronawirusowi potrzeba 100 mld dolarów Zamień papierowe zlecenia na elektroniczne

Bijący sukces

W celu wprowadzenia urządzenia uHeart na rynek w roli narzędzia do przewidywania kardiotoksyczności zespół pracuje obecnie nad dwoma aspektami: produkcją przemysłową urządzenia w celu spełnienia wymogów w zakresie automatyzacji i przepustowości oczekiwanych przez firmy farmaceutyczne oraz zatwierdzeniem farmakologicznym w celu udowodnienia najwyższej zdolności urządzenia uHeart do przewidywania działania kardiotoksycznego, w porównaniu z istniejącymi modelami in vitro i badaniami na zwierzętach.

„Dzięki czynnej współpracy strategicznej aktualnie realizowane są oba te kroki”, zauważa Visone.

Projekt doprowadził do potwierdzenia, że urządzenie uHeart reaguje na leki w powtarzalny i dokładnie w taki sam sposób jak tkanka prawdziwego serca. „Udało się to potwierdzić poprzez zbadanie w urządzeniu uHeart znanych związków o działaniu kardiotoksycznym i wykrycie oczekiwanych zmian funkcjonalnych w aktywności elektrofizjologicznej”, mówi Visone.

Poza przystąpieniem do wdrożenia na skalę przemysłową i walidacji farmakologicznej urządzenia uHeart zespół koncentruje się również na jego zastosowaniu w medycynie precyzyjnej.

„uHeart jest w rzeczy samej idealnym narzędziem do modelowania specyficznych patologii serca, a pojedyncze urządzenie może być stosowane u jednego pacjenta, co otwiera drogę do badania spersonalizowanych opcji leczenia”, wyjaśnia Visone. Firma poszerza też swoje portfolio o modele różnych narządów i chorób.

Stymulacja mechaniczna jest niezbędna nie tylko dla wzmagania procesu dojrzewania tkanek serca, ale także do wiernego odwzorowywania każdej tkanki lub stanu chorobowego, w którym zmiana mikrośrodowiska mechanicznego wywołuje odpowiedź patofizjologiczną, w warunkach in vitro.

Innym modelem znajdującym się na tym samym poziomie rozwoju i również opartym na technologii uBeat, jest uKnee, pierwszy model in vitro choroby zwyrodnieniowej stawów ludzkich. W przygotowaniu są również modele jelit, płuc, zębów, a nawet układu nerwowo-mięśniowego.

© Unia Europejska, [2020] | źródło: CORDIS