Gli scienziati del MIT realizzano uno strumento portatile per produrre farmaci biologici anche in villagi sperduti e in zone di guerra

di Maria Rita Montebelli

La notizia di una eccezionale innovazione tecnologica viene dalle pagine di Nature Communications. Il tutto grazie a un microbioreattore contenente lieviti in grado di produrre diversi farmaci biotecnologici ‘a domanda’. Lo strumento è un gioiello in miniatura costruito intorno ad un chip microfluidico che contiene un ceppo di lieviti bioingegnerizzato a produrre, su stimolo di trigger chimici specifici, il farmaco desiderato. La ricerca è stata finanziata dalla difesa USA

29 LUG - Biologici prodotti on demand con un apparecchio portatile. Sembra fantascienza ma il prototipo è già pronto ed è stato realizzato dai ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Boston grazie a fondi della difesa americana(Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA).
Con la loro ricerca, pubblicata su Nature Communications, i ricercatori dimostrano che è possibile produrre una singola dose di trattamento biologico al bisogno, sfruttando un device portatile che contiene delle cellule in sospensione in una goccia di liquido. Questo permetterà di avere a disposizione un apparecchio compatto per la produzione dei biologici, direttamente lì dove serve, cioè anche in un campo di battaglia. Ma potrà essere utilizzato anche per produrre un vaccino in un villaggio sperduto tra le montagne, ad esempio.
 
“Immaginate di stare su Marte o in un deserto remoto – afferma Tim Lu, professore associate di ingegneria biologica, elettrica e di scienza dei computer oltre che direttore del Synthetic Biology Group presso il Research Laboratory of Electronics del MIT – senza possibilità di accesso ai farmaci; con questo device si potrà chiedere ad un lievito di produrre i farmaci necessari on demand direttamente sul luogo”.  
Il nuovo apparecchio contiene infatti un ceppo programmabile di lieviti, la Pichia pastoris, che può essere indotto ad esprimere una proteina terapeutica, quando esposto ad un particolaretrigger chimico. La scelta è caduta sulla Pichia pastoris perché può essere coltivata in elevate densità su supporti pochi costosi e perché è in grado di produrre grandi quantità di proteine. Questo lievito può essere modificato geneticamente in modo di comprendere più di un farmaco nel ‘repertorio’ della sua produzione.
 
Esponendo il lievito al beta-estradiolo ad esempio, questo produrre ad esprimere l’ormone della crescita umano ricombinante (rHGH); la sua esposizione al metanolo invece lo porta a produrre interferon.
Questa sorta di stabilimento chimico portatile è contenuto in un bioreattore di dimensioni millimetriche, che a sua volta alberga un chip microfluidico, sviluppato da Rajeev Ram, professore di ingegneria elettrica al MIT e in seguito prodotto industrialmente da una spin-off messa su da Kevin Lee, coautore dello studio.
 
Quando si vogliono produrre farmaci, basta introdurre nel reattore il liquido contenente il trigger chimico adatto. L’insieme cellule-trigger chimico è circondato su tre lati da policarbonato, mentre un lato è chiuso da una membrana di silicone gas-permeabile; la pressurizzazione del gas sopra questa membrana, determina una sorta di gentile ‘massaggio’ del contenuto del bioreattore, assicurando così che si misceli completamente. Questo assicura che il millilitro di liquido contenuto nel bioreattore risulti perfettamente omogeneo, cosa importante perché la diffusione su questa scala infinitesimale, richiederebbe molto tempo. Dato che la membrana è gas-permeabile, l’ossigeno può arrivare tranquillamente alle cellule, mentre l’anidride carbonica da loro prodotta può essere rimossa.
 
Il device messo a punto dal MIT monitora continuamente le condizioni all’interno del chip microfluidico (livelli di ossigeno, temperatura, pH, densità cellulare), apportando gli opportuni correttivi per assicurare sempre un ambiente ottimale alla crescita cellulare.
Quando si vuole far produrre ai lieviti una nuova proteina si va semplicemente a dilavare il sistema, conservando solo le cellule e aggiungendo in seguito dell’altro liquido contenente il trigger chimico adatto.
Il prossimo passo consisterà nel tentare di produrre contemporaneamente diverse proteine-farmaco utilizzando dei ‘consorzi’ di ceppi di lieviti da far crescere insieme per far produrre biologici o anticorpi a costi ragionevoli.
 
Maria Rita Montebelli

29 luglio 2016
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