Intervista: BIOLIFE4D è la prima azienda statunitense a bioprintare un mini-cuore (per i test di cardiotossicità)
Dopo un bel po ‘di foto teaser sulle loro piattaforme di social media da agosto, BIOLIFE4D ha finalmente annunciato una delle pietre miliari più importanti per l’azienda: con successo hanno stampato in 3D un piccolo cuore. Ma quanto è piccolo il mini cuore? In realtà, ha circa un quarto delle dimensioni di un cuore umano.
La capacità di bioprint 3D di un mini-cuore ora fornisce all’azienda biotecnologica una tabella di marcia per raggiungere il suo obiettivo finale: la bioprinting di un cuore umano su larga scala praticabile per il trapianto. Ora si tratta di ottimizzare i processi e ampliare la tecnologia per la società pionieristica con sede in Illinois.
Con la struttura di un cuore a grandezza naturale e quattro camere interne, il mini cuore sta replicando metriche funzionali parziali rispetto a un cuore a grandezza naturale – il più vicino possibile a chiunque abbia ottenuto la produzione di un cuore pienamente funzionale attraverso la bioprinting 3D. La pietra miliare scientifica è stata raggiunta presso la struttura di ricerca dell’azienda presso JLABS a Houston, guidata da Ravi Birla, Chief Science Officer di BIOLIFE4D
E’ stato chiesto a Birla dei loro risultati per capire quanto sia funzionale e in che modo questo progetto potrebbe portare a un organo completamente in futuro.
“Le prestazioni funzionali del nostro mini-cuore non sono le stesse di un normale cuore di mammifero, sebbene questo sia un obiettivo futuro della ricerca”, ha spiegato Birla. “Il nostro mini-cuore è destinato all’uso nello screening della cardiotossicità dei farmaci, il che significa che la barra che deve raggiungere è inferiore a quella richiesta per un organo trapiantato praticabile. Questo è il motivo per cui i requisiti prestazionali per il nostro mini-cuore non hanno bisogno di imitare un cuore animale completamente funzionale a questo punto. “
“Man mano che andiamo avanti, ottimizzeremo il nostro bioink e i parametri di bioprinting necessari per prestazioni funzionali ottimali”, ha suggerito l’esperto, che in precedenza ha anche ricoperto il ruolo di Direttore associato del Dipartimento di ingegneria delle cellule staminali presso il Texas Heart Institute a Houston.
Dunque come l’hanno fatto? Il primo della loro lista era lo sviluppo di un bioink proprietario usando una composizione molto specifica di diversi composti della matrice extracellulare che replicano da vicino le proprietà del cuore dei mammiferi. Non esiste ancora un nome formale per il bioink poiché è stato sviluppato internamente e per ora è attualmente destinato esclusivamente all’uso BIOLIFE4D.
Quindi, hanno cercato di creare un nuovo e unico algoritmo di bioprinting, costituito da parametri di stampa ottimizzati per tutto il cuore. Associando il suo bioink proprietario ai cardiomiociti derivati dal paziente e la sua abilitante tecnologia di bioprinting, BIOLIFE4D è stata in grado di eseguire la bioprinting di un cuore. Birla ha suggerito che, a causa delle partnership strategiche che hanno sviluppato, hanno accesso e utilizzo della maggior parte delle stampanti disponibili in commercio che sono sul mercato, ma il mini-cuore era essenzialmente biofabbricato nei loro laboratori usando un CELLINK INKREDIBLE +.
“Attualmente abbiamo utilizzato una fonte commerciale di cellule umane, attraverso l’uso previsto della tecnologia nell’uso di cellule autologhe derivate dal paziente”, ha affermato Birla. “L’utilizzo di cellule specifiche del paziente è davvero una pietra angolare della nostra tecnologia.”
“Attualmente quelli che hanno la fortuna di ricevere un trapianto di cuore da donatore stanno davvero scambiando una malattia con un’altra. Il cuore del donatore salverà la vita, ma per prevenire il rigetto il paziente deve prendere un ampio reggimento di terapia immunosoppressiva che causa molte sfide significative per il paziente. Bioingegnerizzando il cuore dalle cellule del paziente eliminiamo la necessità di quella terapia immunosoppressiva che potrebbe consentire una qualità di vita molto migliore per il paziente “, ha continuato.
Con questa tecnologia di piattaforma in atto, BIOLIFE4D è ora ben posizionata per costruire su di essa e lavorare per lo sviluppo di un cuore umano su vasta scala. Quest’ultima pietra miliare posiziona l’azienda come uno dei principali contendenti in prima linea nella bioingegneria del cuore intero, un campo che sta rapidamente avanzando.
Tuttavia, oltre ai progressi scientifici rappresentati dal mini-cuore, questa è anche un’opportunità per fornire all’industria farmacologica e alle società di scoperta di farmaci un nuovo strumento per i test di cardiotossicità di nuovi farmaci e composti. Fino ad ora il modello utilizzato per prevedere gli effetti della cardiotossicità di un nuovo farmaco o composto era essenzialmente limitato al modello animale. Ma BIOLIFE4D intende in definitiva fornire i mini-cuori come un modello più affidabile di previsione della cardiotossicità, sostenendo che non esiste un predittore migliore di come un cuore umano reagirà di un cuore umano. Ciò rappresenta anche un’opportunità per ridurre il numero di animali utilizzati a fini di sperimentazione, cosa che è già vietata in alcune regioni , tra cui India, Unione Europea, Nuova Zelanda, Israele e Norvegia.
“Stiamo già lavorando a stretto contatto con aziende che forniscono servizi di test di cardiotossicità alle industrie farmaceutiche e di scoperta di droghe. Tutti i farmaci, i nuovi composti e qualsiasi altra cosa che attualmente sia soggetta a test di cardiotossicità prima di entrare nel mercato umano potrebbero essere candidati per il mini-cuore. Dopotutto, cosa fornirebbe un modello predittivo migliore di come un cuore umano risponderà rispetto a un cuore umano (anche se una versione ridotta)? ”Ha rivelato Birla.
Il mini-cuore ha molte delle caratteristiche di un cuore umano anche se BIOLIFE4D non è stato ancora in grado di ricreare la piena funzionalità di un cuore umano.
“Mentre abbiamo mini-cuori bioingegnerizzati, e questo di per sé è un risultato importante, un progresso significativo nel campo dell’ingegneria del cuore intero e ci avvicina alla bioprinting dei cuori umani per il trapianto, questo risultato non ci fornisce un tempo specifico- linea o una guida significativa su quando il cuore pienamente funzionale sarà disponibile. “
Secondo Birla, la parte più difficile della stampa 3D di un cuore umano in questo punto sono le valvole, a causa della complessa geometria a tre volantini. Ma quando iniziano a crescere, possono prevedere che la complessa vascolarizzazione necessaria per mantenere in vita un organo potrebbe rivelarsi una grande sfida.
Birla è convinta che “l’algoritmo usato come parte fondamentale del mini-cuore potrebbe cambiare il modo in cui i laboratori biograferanno gli organi in futuro. Abbiamo utilizzato parametri di stampa molto specifici e altamente personalizzati per bioprintare il mini-cuore che abbiamo personalizzato per il nostro uso nel nostro laboratorio e per i nostri scopi specifici. Alla fine, alcuni dei processi potrebbero essere sfruttati per la bioingegneria di altri organi, ma il nostro processo generale di bioingegneria di un cuore umano è unico per un cuore. ”
Uno dei grandi vantaggi di BIOLIFE4D è che sono stati in grado di formare partnership strategiche con vari importanti istituti di ricerca e ospedali per fornire loro l’accesso ad alcune delle strutture e attrezzature più all’avanguardia. Tuttavia, a causa della natura altamente riservata del loro lavoro, la maggior parte di essi viene svolta internamente nei laboratori e dai loro stessi ricercatori.
La dimostrazione riuscita di un mini-cuore è l’ultima di una serie di pietre miliari scientifiche di BIOLIFE4D in quanto cerca di produrre il primo cuore umano bioprintato al mondo 3D realizzabile per il trapianto. All’inizio del 2019, hanno eseguito con successo la bioprinting 3D di vari componenti cardiaci individuali, tra cui valvole, ventricoli, vasi sanguigni, e nel giugno del 2018 hanno eseguito la bioprinting 3D del tessuto cardiaco umano (un cerotto cardiaco).
La società afferma che il loro innovativo processo di bioprinting 3D offre la possibilità di riprogrammare i globuli bianchi di un paziente verso le cellule iPS, e quindi di differenziare quelle cellule iPS in diversi tipi di cellule cardiache necessarie per la bioprint 3D dei singoli componenti cardiaci e, infine, un cuore umano praticabile per il trapianto.
Ciò è cruciale per un’azienda che cerca di interrompere il modo in cui vengono trattate le malattie cardiache e altri disturbi cardiaci, in particolare migliorando il processo di trapianto in modo che in futuro possano eliminare la necessità di organi di donatori. Le malattie cardiache sono la prima causa di morte di uomini e donne negli Stati Uniti ogni anno. Le malattie cardiache reclamano persino più vite ogni anno di tutte le forme di cancro combinate, ma innumerevoli individui che hanno bisogno di trapianti vengono lasciati in attesa in quanto non vi sono abbastanza donatori per soddisfare la domanda e ogni 30 secondi, qualcuno muore negli Stati Uniti per un evento correlato a malattie cardiache .
“Mentre abbiamo fatto molta strada e stiamo andando avanti a un ritmo veloce, non sappiamo proprio quanto tempo ci vorrà per raggiungere un cuore su vasta scala. Dobbiamo tenere presente che la madre natura ha avuto milioni di anni per perfezionare questo processo all’interno dei nostri corpi, mentre non siamo sicuri di quanto tempo ci vorrà per perfezionare il processo al di fuori del corpo “, ha concluso Birla.
A BIOLIFE4D, sanno che ci sono ancora sfide sulla strada per il cuore umano a grandezza naturale praticabile per il trapianto, tuttavia, questo risultato indica che sono sulla strada giusta. Hanno sottolineato che il loro successo, così come i significativi progressi che sono già stati in grado di raggiungere, sono il risultato di un incredibile sforzo di gruppo, un gruppo multidisciplinare di ricercatori che lavorano al progetto, dai bioingegneri agli scienziati della vita. Il loro team è composto da persone con competenze specifiche e aree di competenza, tutte impegnate a fondo per portare sul mercato questa incredibile tecnologia salvavita nel più breve tempo possibile.
