L’anemia falciforme è la malattia del sangue ereditaria più diffusa al mondo, che colpisce da 70.000 a 100.000 americani. Tuttavia, è considerata una malattia orfana, il che significa che colpisce meno di 200.000 persone a livello nazionale ed è quindi sottorappresentata nella ricerca terapeutica.
Un team guidato da Abhishek Jain del Dipartimento di ingegneria biomedica della Texas A&M University sta lavorando per affrontare questa malattia.
“Sto cercando di creare questi nuovi tipi di modelli di malattia che possono avere un impatto sull’assistenza sanitaria, con l’obiettivo a lungo termine di enfatizzare l’applicazione di questi strumenti e tecnologie per ridurre i costi dell’assistenza sanitaria”, ha detto Jain, assistente Professore nel dipartimento. “Abbiamo strategicamente voluto raccogliere quei sistemi di malattie che cadono sotto il radar nella categoria delle malattie orfane”.
La ricerca di Jain riguarda l’organo su chip, dove le cellule umane possono essere coltivate su dispositivi di dimensioni USB per imitare il modo in cui l’organo funzionerebbe all’interno del corpo. Questo tipo di sistema è ideale per testare nuovi trattamenti farmacologici, poiché i farmaci non possono essere testati sugli esseri umani e i modelli animali non hanno dimostrato di essere una buona rappresentazione di come un paziente e una malattia interagirebbero con un trattamento. Per i pazienti con anemia falciforme, l’organo su chip sarebbe anche utile perché i pazienti possono presentare casi da lievi a gravi.
Jain lavora con Tanmay Mathur, uno studente di dottorato del quarto anno che si è formato come ingegnere chimico nei suoi anni universitari. La sua ricerca si è concentrata sulle tecniche di microfabbricazione e sulle simulazioni, abilità che ha detto si sono fuse bene nella ricerca sull’organo su chip che ora esegue nel laboratorio di Jain. Il team collabora strettamente con il Texas Medical Center di Houston.
Il lavoro è stato recentemente pubblicato sulla rivista Bioengineering & Translational Medicine. Il loro articolo si basa su una pubblicazione del 2019 sulla rivista Lab on Chip, dove il team ha dimostrato che le cellule endoteliali (cellule che rivestono i vasi sanguigni ) potrebbero essere utilizzate per modellare la fisiologia della malattia di un paziente senza dover stimolare il modello a funzionare in modo diverso da una vaso sano.
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“Tradizionalmente queste cellule non sono state utilizzate per la modellazione della malattia, quindi il nostro approccio è nuovo”, ha detto Mathur. “Siamo tra i primi a sfruttare queste cellule e ad impiegarle nella ricerca sulla modellizzazione delle malattie”.
Mathur e Jain dimostrano che questi modelli possono essere utilizzati per differenziare i pazienti. Il primo passo: costruire un vaso sanguigno che imiti il vaso di un paziente. Per questo il team avrebbe bisogno di due componenti: il sangue del paziente e le cellule endoteliali. La raccolta del sangue comportava un semplice prelievo di sangue. Tuttavia, i ricercatori hanno dovuto affrontare una sfida con le cellule endoteliali. Avrebbero dovuto fare una biopsia delle cellule o usare le cellule staminali proprie del paziente, ma nessuna delle due opzioni era l’ideale.
Poi hanno scoperto che la risposta era nel sangue.
“Quello che abbiamo imparato è che all’interno dei campioni di sangue circolano anche alcune cellule endoteliali”, ha detto Jain. “Le chiamiamo cellule endoteliali di escrescenza del sangue che possiamo sfruttare molto facilmente. Questa è la novità di questo lavoro. Puoi ottenere quelle cellule, farle crescere in modo che ce ne sia abbastanza e poi puoi creare vasi sanguigni”. Ora che i ricercatori potevano costruire i vasi sanguigni, il passo successivo era vedere se questi modelli avrebbero mostrato come la malattia ha vari impatti biologici in diversi pazienti. Ancora una volta, l’obiettivo era quello di poter testare i trattamenti su questi modelli, quindi più imitavano il loro paziente umano, meglio era.
“Siamo in grado di differenziare un paziente con anemia falciforme molto grave in termini di fenotipo da pazienti con la malattia lievi”, ha detto Mathur. “Andando avanti, possiamo prendere una popolazione più ampia di pazienti con anemia falciforme e valutarli utilizzando la nostra tecnologia con chip d’organo e quindi classificarli in diversi gruppi in base ai sintomi”.
I risultati indicano che questi organi su chip potrebbero portare a un trattamento personalizzato e incentrato sul paziente, migliorando il modo in cui i medici affrontano questa e altre malattie cardiovascolari.
Fonte:Bioingegneria e medicina traslazionale
“Quando lo porti in campo, ora può diventare un dispositivo predittivo”, ha detto Jain. “Ora non devi sapere se il paziente è lieve o grave, puoi fare un test per quello. Puoi prevedere se il paziente è serio e puoi dettare le loro esigenze terapeutiche”.
Il passo successivo è continuare ad espandere la coorte di pazienti per raccogliere più risultati. Un obiettivo a lungo termine sarebbe quello di utilizzare le informazioni sui pazienti raccolte per sviluppare un database per prevedere meglio la progressione della malattia .
“Con questo dispositivo prendi una storia di molti di questi pazienti e della loro salute cardiovascolare e puoi prevedere quale paziente potrebbe avere maggiori possibilità di avere un ictus e inizi a curarli presto”, ha detto Jain.
Mathur ha detto che anche con le sfide future, non vede l’ora di continuare la ricerca.
“Penso che anche se potrebbero volerci 10, 15 anni, almeno spingeremo avanti alcune delle ricerche che stiamo facendo e le faremo uscire in campo clinico”, ha detto. “Siamo uno dei pochi gruppi al mondo che hanno avviato questo campo di trattamento personalizzato. Ritengo che il nostro impatto sia piuttosto elevato e sono sicuro che saremo in grado di espandere lo stesso trattamento ad altre malattie cardiovascolari e attirare più attenzione e approfondimenti sulla biologia che stiamo guardando “.
