Lo sviluppo di modelli semplificati di organo umano su cui poter testare l’efficacia di farmaci o altri tipi di terapie è una delle possibilità offerte oggi alla ricerca dallo sviluppo tecnologico.
Questa possibilità è stata sfruttata in uno studio coordinato tra il Politecnico di Milano e l’Istituto Europeo di Oncologia, che ha portato alla realizzazione di un gut-on-chip, ovvero un modello miniaturizzato di intestino umano. Il modello, in particolare, è stato pensato sia per prevedere la risposta all’immunoterapia in pazienti con melanoma sia per prevedere lo sviluppo di infiammazione intestinale come conseguenza dell’immunoterapia stessa, spesso causa di sospensione della terapia.
Ideatori del modello sono un gruppo di lavoro guidato da Luigi Nezi del Dipartimento di Oncologia Sperimentale dell’Istituto Europeo di Oncologia e un gruppo di lavoro guidato da Marco Rasponi, professore ordinario presso il Dipartimento di Elettronica, Informatica e Bioingegneria del Politecnico di Milano.
Le possibili applicazioni del modello
Presentato su Nature biomedical Engineering, lo sviluppo prende avvio da studi condotti da Luigi Nezi negli Usa.
«Ora, grazie all’interazione con il Politecnico di Milano, siamo riusciti a realizzare questo nuovo dispositivo, che ci ha permesso di studiare nel dettaglio i meccanismi molecolari attraverso i quali il microbiota interagisce con le cellule dell’epitelio intestinale.
Queste caratteristiche possono essere utilizzate in clinica come marker per prevedere la risposta a immunoterapia e stratificare i pazienti, così da poter somministrare la cura solo a chi più probabilmente ne beneficerà. Si otterrebbe così un importante vantaggio in termini di qualità di vita dei pazienti e allo stesso tempo un notevole risparmio per il SSN», spiega Nezi.
«Inoltre, l’uso del nostro gut-on-chip potrà evitare a pazienti resistenti alla terapia il rischio di inutili effetti collaterali, dando ai loro oncologi la possibilità di somministrare eventuali terapie che li predispongano a una migliore risposta. Per far questo basterà prelevare un campione fecale e testarne gli effetti sul nostro gut-on-chip.
Infine, è importante sottolineare che stiamo utilizzando questo sistema per studiare i meccanismi molecolari coinvolti nella risposta all’immunoterapia in altri tumori, dove i benefici per i pazienti risultano ancora marginali.
Il nostro obiettivo è generare in questo modo nuove opportunità di sviluppo per terapie innovative basate sulla modulazione del microbiota intestinale, per fornire a sempre più pazienti l’accesso a cure efficaci».
Un obiettivo ambizioso che mostra come il microbiota intestinale stia lentamente diventando centrale nello studio e trattamento di malattie importanti, come quelle tumorali appunto.
Alla base del modello, la tecnologia uBeat
A rendere possibile la realizzazione di questo modello on-chip è la tecnologia uBeat, brevettata dal Politecnico di Milano appunto. La tecnologia è stata sviluppata in origine per riprodurre le contrazioni del muscolo cardiaco.
«In questo lavoro l’abbiamo applicata per ricreare il tipico movimento peristaltico del tratto intestinale.
Grazie ai continui movimenti generati da uBeat, è possibile far differenziare le principali popolazioni intestinali a partire da organoidi umani, riproducendo su chip un ambiente altamente realistico. La capacità di guidare processi biologici così complessi mediante la sola ingegnerizzazione apre prospettive molto promettenti, soprattutto nella realizzazione di modelli in vitro umanizzati destinati a sostituire l’utilizzo di animali in numerosi ambiti», ha dichiarato Rasponi.
Una tematica molto efficace, per esempio questo studio ha permesso di verificare che i pazienti con caratteristiche pro-infiammatorie pronunciate non risponderanno bene alla immunoterapia.
Studio: A gut-on-a-chip incorporating human faecal samples and peristalsis predicts responses to immune checkpoint inhibitors for melanoma. DOI: https://www.nature.com/articles/s41551-024-01318-z
