Campioni di tessuto per studiare la relazione tra polmoni e cervello / Tissue chips to help explore relationship between the lungs and brain

 Campioni di tessuto per studiare la relazione tra polmoni e cervello / Tissue chips to help explore relationship between the lungs and brain

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

I virus comuni, tra cui l'influenza, possono produrre sintomi cronici come annebbiamento mentale, affaticamento e dolore persistente  / Common viruses including influenza can produce chronic symptoms such as brain fog, fatigue, and enduring pain 

Nell'ambito di uno studio volto a comprendere e trattare sintomi neurologici come la confusione mentale associata alle malattie respiratorie, si stanno sviluppando dei "chip di tessuto" che incorporano modelli di tessuto polmonare e cerebrale umano.

La Biomedical Advanced Research and Development Authority (BARDA), parte dell'Administration for Strategic Preparedness and Response (ASPR) del Dipartimento della Salute e dei Servizi Umani degli Stati Uniti (HHS), ha assegnato un contratto triennale a dei ricercatori dell'Università di Rochester per sviluppare una tecnologia in grado di modellare gli effetti delle malattie respiratorie sul cervello e testare farmaci terapeutici per prevenire e curare i sintomi.

Il progetto utilizzerà i cosiddetti tissue chip, ovvero sistemi microfisiologici (MPS) con membrane ultrasottili che supportano reti tridimensionali di cellule umane per simulare infezioni e trattamenti in vitro.

In una dichiarazione, il ricercatore principale Benjamin Miller, professore ordinario di dermatologia a Rochester, ha affermato: "Questo è un ulteriore passo avanti verso la realizzazione di modelli di malattia e scoperte di farmaci focalizzati fin dall'inizio su sistemi più complessi e rilevanti per l'uomo. Questi chip possono contribuire ad accelerare l'intero processo di scoperta di farmaci".

Il progetto si basa sul lavoro svolto presso il Translational Center for Barrier Microphysiological Systems (TraCe-bMPS) di Rochester per sviluppare strumenti di sviluppo di farmaci approvati dalla FDA, destinati allo studio delle funzioni di barriera dell'organismo nella lotta contro le malattie.

Il co-investigatore James McGrath, professore di ingegneria biomedica titolare della cattedra William R. Kenan Jr. e direttore del TraCe-bMPS, ha utilizzato sistemi MPS per studiare il meccanismo con cui i fattori infiammatori possono entrare nel cervello attraverso la circolazione e causare danni. Il nuovo progetto, finanziato da BARDA, collegherà due dei chip modulari e producibili in serie sviluppati da McGrath, specializzati nella simulazione di diversi organi.

"Questo progetto collegherà questo chip 'cerebrale' a monte di un secondo chip che simula una fonte comune di questi fattori dannosi: il polmone infetto", ha affermato McGrath.

I virus comuni, tra cui l'influenza, possono causare sintomi cronici come annebbiamento mentale, affaticamento e dolore persistente. Il progetto si propone di offrire un nuovo modo per esplorare la relazione tra polmoni e cervello.

"L'apparato respiratorio, con i suoi condotti cellulari, umorali e cablati verso il cervello, rappresenta la prima linea di difesa contro le minacce infettive emergenti derivanti da trasmissioni zoonotiche", ha affermato il co-investigatore Harris 'Handy' Gelbard, direttore del  Center for Neurotherapeutics Discovery  presso l'  University of Rochester Medical Center . "Noi ed i nostri collaboratori, con il supporto del National Institute on Aging, abbiamo lavorato negli ultimi anni per studiare questi meccanismi nella speranza di applicare agenti terapeutici per migliorare le patologie neurologiche, soprattutto negli anziani, che sono vulnerabili a queste infezioni".

David Dean, co-ricercatore e professore di pediatria, ingegneria biomedica, farmacologia e fisiologia, ha studiato i processi patologici che portano alla sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS) nella speranza di sviluppare nuove terapie per questa malattia.

"Per studiare questo fenomeno, abbiamo dovuto utilizzare cellule polmonari coltivate in vitro, ma quasi sempre queste vengono coltivate e studiate singolarmente, una situazione ben diversa da quella reale che si verifica nei polmoni, dove oltre 40 diversi tipi di cellule coesistono ed interagiscono per permetterci di vivere. Pertanto, questo modello è fin troppo semplicistico", ha affermato Dean. "Dall'altro estremo, abbiamo utilizzato modelli animali per testare ipotesi e farmaci in fase di sviluppo, ma questi modelli sono estremamente difficili da controllare ed interpretare perché sono coinvolti moltissimi processi diversi ed è difficile attribuire una risposta ad un singolo meccanismo, il che porta ad un sistema fin troppo complesso."

Ha affermato che il nuovo approccio consentirà ai ricercatori di simulare interazioni complesse tra i principali tipi di cellule presenti nei polmoni, ma in modo controllato.

Il gruppo collaborerà con  Phlotonics, società spin-off dell'Università di Rochester, per la realizzazione di strumentazione a media produttività e con SIMPore  per lo sviluppo dei chip.

Entro la fine del primo anno, il gruppo si propone di collegare i sistemi di chip tissutali alle cellule immunitarie, dimostrare che è possibile infettare il chip polmonare con il virus influenzale ed osservare una risposta infiammatoria nel chip cerebrale. 

ENGLISH

‘Tissue chips’ incorporating human lung and brain tissue models are being developed for a study to understand and treat neurological symptoms such as brain fog associated with respiratory diseases.

The Biomedical Advanced Research and Development Authority (BARDA), part of the Administration for Strategic Preparedness and Response (ASPR) within the US Department of Health and Human Services (HHS), awarded a three-year contract to researchers at the University of Rochester to develop technology to model respiratory disease effects on the brain and test therapeutic drugs to prevent and treat symptoms.

The project will use so called tissue chips, which are microphysiological systems (MPS) with ultrathin membranes supporting 3D networks of human cells to simulate infection and treatment in vitro.

In a statement, principal investigator Benjamin Miller, a Dean’s Professor of Dermatology at Rochester, said: “This is another step toward making disease modelling and drug discovery focused from the very beginning on more complex, human-relevant systems. These chips can help make the whole drug discovery process faster.”

The project builds on work at Rochester’s Translational Center for Barrier Microphysiological Systems (TraCe-bMPS) to build FDA-qualified drug development tools for studying the body’s barrier functions in combating disease.

Co-investigator James McGrath, the William R. Kenan Jr. Professor of Biomedical Engineering and director of TraCe-bMPS, has been using MPS systems to study the mechanism by which inflammatory factors can enter the brain through the circulation and cause injury. The new BARDA-funded project will link two of McGrath’s modular, mass-producible chips specialised to mimic different organs.

“This project will connect this ‘brain’ chip upstream of a second chip that models a common source of those injurious factors: the infected lung,” said McGrath.

Common viruses including influenza can produce chronic symptoms such as brain fog, fatigue, and enduring pain. The project expects to offer a new way to explore the relationship between the lungs and brain.

“The respiratory tract, with its cellular, humoral and hard-wired conduits to the brain, stands as the first line of defence against emerging infectious threats from zoonotic spillovers,” said co-investigator Harris ‘Handy’ Gelbard, director of the Center for Neurotherapeutics Discovery at the University of Rochester Medical Center. “We and our collaborators, with the support of the National Institute on Aging, have worked for the past several years to investigate these mechanisms in the hopes of applying therapeutic agents to ameliorate neurologic disease, especially in the elderly that are vulnerable to these infections.”

David Dean, co-investigator and professor of paediatrics, biomedical engineering, and pharmacology and physiology has studied the disease processes that lead to acute respiratory distress syndrome (ARDS) in the hopes of developing new treatments for this disease.

“Studying this required us to use cultured cells from the lung, but almost always, these are grown and studied by themselves, which is not anywhere close to the situation in the lung where over 40 different cell types co-exist and interact to allow us to live. Thus, this is way too simplistic of a model,” said Dean. “On the other extreme, we have used animal models to test hypotheses and drugs in development, but these models are so hard to control and make sense of because so many different things are going on, and it is difficult to attribute a response to a single pathway, leading to a system that is almost too complicated.”

He said the new approach will allow the researchers to mimic complex interactions between key cell types in the lung, but in a controlled manner.

The team will work with University of Rochester spinout companies Phlotonics to do medium-throughput instrumentation and SIMPore to develop the chips.

By the end of the first year, the team aims to link the tissue chip systems with immune cells, demonstrate that they can infect the lung chip with influenza, and observe an inflammatory response in the brain chip. 

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/tissue-chips-to-help-explore-relationship-between-the-lungs-and-brain?utm_source=content_recommendation&utm_medium=blueconic