In meno di tre anni, i pazienti in attesa di un trapianto di fegato potrebbero essere in grado di ricevere un pezzo di tessuto epatico stampato in 3D, delle dimensioni di un dollaro, che può estendere la loro vita.
La società di bio-stampa Organovo di San Diego ha già dimostrato che i suoi patch di tessuto epatico stampati in 3D hanno continuato a funzionare quando impiantati nei topi. Il prossimo passo: gli esseri umani.
L’azienda di 10 anni ha sviluppato un processo di bio-stampa che può essere adattato per produrre tessuto in una varietà di formati, compreso il tessuto epatico umano in micro-scala e, più recentemente, il tessuto renale.
Il tessuto stampato in 3D di Organovo è stato utilizzato per accelerare il processo pre-clinico di test e scoperta dei farmaci. Il test e lo sviluppo tradizionale utilizza animali o un piccolo campione di cellule umane poste in una capsula di Petri, può costare in media 1,2 miliardi di dollari e richiedere una dozzina di anni. Il costo è alto, in parte, perché il 90% dei farmaci non supera i test clinici animali e umani, quindi i ricercatori devono tornare al proverbiale tavolo da disegno ancora e ancora fino a quando non hanno successo.
La tecnologia di bioprinting, che ha visto l’uso commerciale alla fine del 2014, crea il tessuto con più tipi di cellule per imitare meglio gli organi vivi.
“Quando si prendono le cellule del fegato e le si mette su una capsula di Petri, quelle non hanno mai tutti gli aspetti della normale biologia del fegato umano, perché sono prese dal loro contesto normale e messe in quella capsula… e le cellule del fegato sono molto più infelici della maggior parte delle cellule in quell’ambiente”, ha detto il CEO di Organovo Keith Murphy.
Il principale ostacolo nella creazione del tessuto continua ad essere la produzione del sistema vascolare necessario per fornire ossigeno e nutrienti vitali. Le cellule viventi possono letteralmente morire prima che il tessuto scenda dal tavolo della stampante.
Il processo di bioprinting di Organovo può essere adattato per produrre tessuti in una varietà di formati, compresi questi tessuti di fegato umano in microscala contenuti in piastre standard di coltura di tessuti a più pozzetti per la sperimentazione di farmaci.
I tessuti di fegato e reni umani bioprintati in 3D di Organovo vengono presentati come una svolta per la sicurezza e lo sviluppo dei farmaci.
La tecnologia di bioprinting crea il tessuto e una rete separata di capillari che possono imitare il trasporto del sangue vitale. I vasi sono costituiti da tre diversi tipi di cellule impilate a circa 20 strati di profondità o circa 500 micron di spessore. Prima viene uno strato di fibroblasti umani, poi uno strato di 250 micron di cellule muscolari lisce vascolari umane e poi un sottile rivestimento di cellule endoteliali vascolari umane.
Per avere un’idea di quanto sia sottile la vascolarizzazione stampata, si consideri che un foglio di carta da stampante è spesso 100 micron. Quindi, il tessuto che Organovo ha stampato ha lo spessore di cinque fogli di carta impilati uno sull’altro.
Il tessuto stampato in 3D di Organovo è già utilizzato da 11 delle 25 principali aziende farmaceutiche del mondo, come Merck & Co, Bristol-Myers Squibb Co. e la giapponese Astellas Pharma Inc.
Sia Merck che Astellas hanno rilasciato dati questo mese alla conferenza della Society of Toxicology dimostrando che il tessuto stampato in 3D è superiore rispetto ai metodi tradizionali di test dei farmaci.
La tecnologia dell’azienda sta ora vedendo l’adozione tra le piccole aziende farmaceutiche sostenute da venture capital, che in genere lavorano solo su uno o due progetti di sviluppo di farmaci alla volta.
Più recentemente, la tecnologia ha anche mostrato il potenziale per “stampare” tessuti terapeutici più grandi utilizzati nella medicina dei trapianti.
“Stiamo ora lavorando verso studi clinici con patch di fegato per il trasferimento diretto ai pazienti”, ha detto Murphy. “È ancora presto su questo fronte; non è un organo completo, che pensiamo di poter raggiungere più a lungo termine.
“Quello che abbiamo detto è come possiamo aiutare il maggior numero di persone nel più breve periodo di tempo. Poiché siamo in grado di fare questo tessuto epatico in un piatto, abbiamo detto facciamo qualcosa usando la stessa tecnologia, ma rendendolo più grande possibile da mettere nei pazienti.”
Quello che Organovo ha prodotto è un fegato “patch” circa la dimensione e lo spessore di un dollaro che può essere impiantato in pazienti in attesa di un trapianto di fegato.
“Quello che può fare è essenzialmente prendere questi pazienti… e portarli per uno o due anni per dare loro una migliore funzione epatica e consentire loro un ponte per un trapianto,” Murphy detto. “Così li tiene fuori dall’ospedale mentre aspettano un trapianto.
“Abbiamo prove attive sugli animali in corso e stiamo puntando ad averlo nei pazienti non appena l’anno 2020”, ha aggiunto.
Nei topi, i cerotti di tessuto epatico hanno dimostrato di iniziare a circolare nel sangue già sette giorni dopo il trapianto e per almeno 28 giorni dopo l’impianto.
I trapianti di cerotti epatici terapeutici saranno probabilmente utilizzati prima nei pazienti con insufficienza epatica acuta e cronica e nei pazienti pediatrici, dove il bisogno è più critico. Organovo intende presentare una domanda “Investigational New Drug” alla U.S. Food and Drug Administration per il suo tessuto epatico terapeutico.
L’opportunità di mercato totale per i trapianti di fegato terapeutici supera i 3 miliardi di dollari negli Stati Uniti, Secondo Organovo.
Organovo non è l’unica struttura di ricerca che lavora sulla stampa di tessuto umano per impianti e test di farmaci.
L’anno scorso, l’Università di San Diego ha pubblicato un rapporto che dimostra che è riuscita a stampare sia il tessuto epatico che un sistema vascolare.
Il fegato svolge un ruolo critico nel modo in cui il corpo metabolizza i farmaci e produce proteine chiave – ecco perché i modelli di fegato stampati sono sempre più sviluppati in laboratorio come piattaforme per lo screening dei farmaci.
MaRS Innovations ha collaborato con l’Università di Toronto per creare la PrintAlive Bioprinter, che replica le cellule della pelle spingendo il tessuto stampato attraverso diversi canali per creare una sottile pellicola di tessuto.
Altre aziende sono riuscite a stampare la pelle usando le cellule di un paziente per l’innesto. Per esempio, MaRS Innovations ha creato la PrintAlive Bioprinter in collaborazione con l’Innovations and Partnerships Office (IPO) dell’Università di Toronto per creare una macchina che stampa pelle che rotola da un mini nastro trasportatore.
E il Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell’Università di Harvard ha creato una stampante 3D che può depositare quattro diversi tipi di cellule allo stesso tempo. La svolta in quella ricerca è stata la capacità di creare vasi sanguigni che possono nutrire tessuti viventi.
Si tratta di una stampante 3D.