Un team scientifico internazionale, guidato dall’HonorHealth Research Institute e dall’Università dell’Arizona, ha segnato un punto di svolta nella ricerca sul cancro grazie all’impiego di sistemi microfisiologici avanzati. Questi dispositivi sono in grado di imitare fedelmente la fisiologia umana, garantendo un’accuratezza predittiva superiore rispetto ai metodi tradizionali nel determinare come i pazienti risponderanno alle terapie.
Ricerca sul cancro: il sistema ASTEROIDS e l’innovazione tecnologica
Questi dispositivi sono in grado di imitare fedelmente la fisiologia umana, garantendo un’accuratezza predittiva superiore rispetto ai metodi tradizionali nel determinare come i pazienti risponderanno alle terapie. Il successo di questa tecnologia è stato inizialmente testato attraverso una simulazione di trattamento radiologico per il cancro ai polmoni, offrendo una comprensione senza precedenti delle complesse interazioni che avvengono nel microambiente tumorale.
L’elemento cardine di questa scoperta è l’Apparatus to Simulate Tumor Environment and Reproduce Organs in an Interactive and Dynamic System, meglio noto con l’acronimo ASTEROIDS. Questa piattaforma integra sofisticate colture cellulari tridimensionali con la tecnologia organ-on-chip, permettendo di riprodurre in laboratorio l’organizzazione strutturale del tumore. I risultati ottenuti confermano che il sistema ASTEROIDS è in grado di replicare fedelmente le risposte biologiche umane a livello preclinico, fungendo da ponte tra la ricerca in vitro e l’applicazione clinica sui pazienti.
Nonostante i primi test si siano concentrati specificamente sul cancro ai polmoni, le potenzialità della piattaforma ASTEROIDS si estendono a qualsiasi tipologia di tumore solido. Frederic Zenhausern, autore senior dello studio, ha sottolineato come questo strumento permetterà di orientare i trattamenti con una precisione finora impossibile, aprendo la strada a una medicina personalizzata più efficace. La versatilità della tecnologia suggerisce che essa avrà un ruolo centrale nel futuro della ricerca medica, riducendo l’incertezza nelle fasi di sperimentazione dei nuovi farmaci e delle terapie radiologiche.
Sviluppo industriale e validazione preclinica
L’implementazione della tecnologia ASTEROIDS si inserisce perfettamente nel quadro normativo delineato dall’FDA Modernization Act 2.0. Questa nuova direttiva promuove la riduzione della sperimentazione animale nello sviluppo di terapie molecolari avanzate, incoraggiando l’adozione di metodologie di nuovo approccio, note come NAM. Tra queste figurano i modelli computazionali basati sull’intelligenza artificiale, gli organoidi e, appunto, i sistemi organ-on-chip, che garantiscono una pertinenza biologica superiore per l’essere umano rispetto ai modelli animali tradizionali.
Per favorire la diffusione di questa innovazione su scala globale, è stata avviata una collaborazione strategica con la Mitsubishi Gas Chemical Company Inc. L’obiettivo della partnership è la futura commercializzazione del sistema ASTEROIDS, mirando a colmare il divario esistente tra i risultati ottenuti nei laboratori preclinici e l’effettiva efficacia clinica riscontrata sui pazienti. Questo sforzo congiunto punta a rendere la traduzione dei dati scientifici più fluida e affidabile, accelerando l’immissione sul mercato di farmaci più sicuri.
La struttura 3D di ASTEROIDS fonde le più moderne tecniche di coltura cellulare con la tecnologia organ-on-chip, garantendo la vitalità dei tessuti a lungo termine e preservando l’integrità delle barriere biologiche. Questa configurazione permette un’interazione dinamica tra le cellule, favorendo il fondamentale crosstalk tra il tumore e il sistema immunitario. Grazie a queste caratteristiche, la piattaforma si configura come un ambiente estremamente rilevante per testare l’efficacia delle terapie in un contesto che rispecchia fedelmente la complessità umana.
Secondo quanto riportato nello studio, il sistema ASTEROIDS è in grado di ricreare un panorama biologico unico, caratterizzato da proprietà morfologiche tridimensionali e sofisticate segnalazioni biochimiche. La piattaforma permette inoltre di simulare le forze meccaniche che agiscono durante le diverse fasi della malattia, dall’insorgenza alla progressione, fino all’invasione e alla disseminazione del tumore. Questa capacità di riprodurre fedelmente le interazioni multicellulari rende il sistema uno strumento indispensabile per comprendere i meccanismi più profondi dell’oncologia moderna.
La ricapitolazione delle interazioni meccaniche e biochimiche
Il design tridimensionale della piattaforma ASTEROIDS rappresenta un superamento dei limiti strutturali della ricerca in vitro tradizionale, introducendo una profondità architettonica che trasforma il chip in un ecosistema biologico dinamico.
A differenza delle colture cellulari bidimensionali, dove le cellule crescono su superfici piatte perdendo gran parte delle loro funzioni naturali, l’organizzazione spaziale di ASTEROIDS permette alle popolazioni cellulari di disporsi secondo geometrie che riflettono fedelmente l’anatomia dei tessuti umani.Questa configurazione non è meramente estetica, ma costituisce il fondamento necessario affinché le cellule possano comportarsi, comunicare e reagire come farebbero all’interno di un organismo vivente.
Il cuore dell’efficacia di ASTEROIDS risiede nella sua capacità di permettere e sostenere il dialogo costante tra le diverse tipologie cellulari attraverso stimoli meccanici e segnali biochimici. All’interno del chip, le cellule non sono entità isolate, ma percepiscono le tensioni, le compressioni e i flussi di fluido che caratterizzano l’ambiente in vivo.
Queste forze meccaniche sono fondamentali perché attivano percorsi di segnalazione intracellulare che regolano la crescita, la resistenza ai farmaci e la motilità tumorale. Parallelamente, la piattaforma facilita lo scambio di molecole segnale, permettendo al sistema di riprodurre i complessi meccanismi di feedback biochimico che governano la sopravvivenza dei tessuti e la risposta immunitaria.
Affermare che ASTEROIDS ricapitola le caratteristiche dei tessuti osservate nelle cellule viventi significa che il sistema ha raggiunto un grado di fedeltà tale da rendere i test di laboratorio sovrapponibili alla realtà clinica. Questa corrispondenza biunivoca tra il modello artificiale e l’organismo umano consente ai ricercatori di osservare fenomeni complessi, come l’integrità della barriera tissutale o la segnalazione parocrina, con una precisione che la sperimentazione animale spesso non può garantire a causa delle differenze tra specie.
In questo ambiente controllato, il microambiente tumorale smette di essere una variabile astratta e diventa un panorama biologico tangibile, dove l’inizio e la progressione della malattia possono essere studiati in tempo reale sotto l’influenza di variabili specifiche e programmabili.
Lo studio è stato pubblicato su iScience.
