Le nanotecnologie e le piattaforme organ-on-chip rappresentano due delle innovazioni più promettenti nell’ambito della ricerca farmaceutica e dello sviluppo di nuovi farmaci, offrendo vantaggi significativi in termini di precisione terapeutica e affidabilità dei test preclinici.
Nanotecnologie nella somministrazione dei farmaci
Le nanotecnologie applicate al drug delivery permettono di creare sistemi di rilascio farmaceutico estremamente sofisticati e promettono di rivoluzionare l’efficacia terapeutica e la sicurezza dei farmaci. Secondo una recente review, le nanoparticelle migliorano la solubilità, la stabilità e la biodisponibilità dei farmaci, specialmente quelli idrofobici.
Inoltre, la capacità di modificare la superficie delle nanoparticelle consente di sviluppare sistemi di rilascio che possono mirare a specifiche cellule, tessuti o organi, migliorando la precisione e l’efficienza dei trattamenti. Proprio la possibilità di adattare le nanoparticelle alle specifiche circostanze consente un approccio più mirato e personalizzato al trattamento delle malattie. Questo permette di adattare le terapie alle caratteristiche individuali del paziente, migliorando l’efficacia e riducendo gli effetti collaterali.
Farmaci più precisi e sicuri
Uno degli esempi più noti di uso nelle nanotech è rappresentato dai vaccini a mRNA, come quelli sviluppati da Pfizer-BioNTech e Moderna per il Covid-19, che utilizzano nanoparticelle lipidiche (LNPs) per trasportare l’mRNA alle cellule, dove viene tradotto in antigene per stimolare una risposta immunitaria. Altra nota applicazione è il paclitaxel, un chemioterapico utilizzato nel trattamento del cancro al seno metastatico, associato all’albumina per formare nanoparticelle che migliorano la solubilità del farmaco e riducono le reazioni di ipersensibilità. Questo approccio ha portato a una riduzione significativa degli effetti collaterali associati al trattamento.
Attualmente, nell’ambito del progetto Tuscany Health Ecosystem (THE), uno degli undici ecosistemi dell’innovazione finanziati dalla missione 4 (istruzione e ricerca) del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR), vengono sviluppate nanoparticelle intelligenti in grado di attraversare barriere fisiologiche e liberare farmaci solo nel tessuto target.
In particolare, quelle più promettenti risultano le nanoparticelle lipidiche, realizzate con tecniche avanzate di microfluidica, che essendo composte dagli stessi lipidi delle membrane cellulari, garantiscono un’ottima biocompatibilità e un’elevata stabilità. Grazie a queste tecnologie, la precisione terapeutica aumenta significativamente, consentendo di trattare malattie neurologiche e oncologiche finora difficili da affrontare con metodi tradizionali, riducendo gli sprechi di farmaco e migliorando la qualità della vita dei pazienti.
Organ-on-chip
Parallelamente, le piattaforme organ-on-chip stanno emergendo come alternativa promettente ai tradizionali modelli animali utilizzati nella ricerca preclinica. Questi dispositivi microfluidici contengono cellule vive umane disposte in strutture tridimensionali che simulano le funzioni degli organi.
I dispositivi microfluidici sono sistemi miniaturizzati progettati per manipolare e controllare piccole quantità di fluidi (generalmente in scala microlitrica o nanolitrica) all’interno di canali e camere di dimensioni micrometriche. Questi dispositivi permettono di creare ambienti altamente controllati, utili per riprodurre condizioni fisiologiche e studiare processi biologici e chimici con elevata precisione e riproducibilità.
Sono stati sviluppati diversi modelli on-chip, ad esempio quelli di reni, cervello, occhio, osso e organi riproduttivi che permettono di studiare in modo più preciso le interazioni farmacologiche e le risposte fisiologiche rispetto alle tradizionali colture cellulari bidimensionali.
Il multiorgano, evoluzione dell’on-chip
Un’evoluzione di questa tecnologia è rappresentata dai sistemi multi-organo progettati per replicare le condizioni fisiologiche umane di diversi organi contemporaneamente permettendo lo studio della comunicazione tra organi e dei processi di assorbimento, distribuzione, metabolismo ed escrezione dei candidati farmaci con più precisione grazie alla possibilità di investigare la tossicità off-target dei farmaci e dei loro metaboliti.
Tuttavia, nonostante i numerosi e promettenti sviluppi nel campo degli organ-on-a-chip, esistono ancora limitazioni legate alle complesse procedure di coltivazione necessarie per la creazione e il mantenimento dei vari modelli d’organo. Il throughput moderato ostacola la transizione dagli ambienti accademici al settore industriale.
Recenti studi hanno validato anche l’efficacia combinata di nanotecnologie e piattaforme organ-on-chip nella ricerca farmacologica. In particolare, l’integrazione di queste tecnologie consentirebbe un’accelerazione del processo di sviluppo farmaceutico e una significativa riduzione dei costi associati alle fasi iniziali dei test clinici sebbene – spiega una ricerca pubblicata su “Nano Convergence” – gli studi siano solo agli inizi e debbano “ancora essere compiuti progressi significativi” nell’adattare la progettazione e le capacità degli organi su chip alle esigenze specifiche nel campo della nanomedicina“.
Comunque, con il rapido aumento degli interessi di ricerca in questo settore non è difficile prevedere che la tecnologia organ-on-a-chip svolgerà un ruolo strumentale nello sviluppo di nanoterapeutici in futuro: “In quanto piattaforme in vitro con una capacità predittiva senza precedenti, gli organi su chip sono in grado di dare un grande contributo all’avanzamento della frontiera della nanomedicina”.
