A review recently published on Theranostics provides an update on the cell modelling tools that could accelerate the understanding of SARS-CoV-2 infection mechanisms and could also speed up the development of vaccines and therapeutic agents against COVID-19. The review is co-authored by prof. Manuela Raimondi and her team at Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” of Politecnico di Milano, in collaboration with Prof. Stephana Carelli at the Centro di Ricerca Pediatrico, Dipartimento di Scienze Biomediche e Cliniche “L. Sacco”, Università degli Studi di Milano.

Traditionally, the process of developing vaccines and therapeutic agents involves several challenges. For example, the development of a human vaccine from concept to licensing takes at least 15 years. Drug development currently involves a 99.9% overall failure rate, due to the fact that the drug efficacy measured in vitro is almost never confirmed in animals. In simplified in vitro culture conditions, in fact, the drug elicits a cell response that is not representative of the in vivo response. Furthermore, animal testing carries a relevant ethical issue.

Both in vitro and in vivo preclinical phases of drug development could be replaced by new ones based on improved modelling tools, such as 3D supports for cellular cultures, microfluidic chambers for organoid culture and intravital microscopy in animals. Some of the tools developed by Raimondi over the last 10 years have this purpose: she designed artificial nichoids for stem cell culture, microfluidic bioreactors for tissue culture and miniaturized windows for intravital microscopy in animals (you can find an article about Raimondi’s research on MAP #6, italian only, page 32).

Raimondi recently also developed a lymph node model, engineered inside a miniaturized optically-accessible bioreactor called “MOAB”, already commercialised by a spin-off company of Politecnico di Milano co-founded by Raimondi (https://www.moab-research.com/), which can be used to study immunization mechanisms such as those provided by vaccines. These tools open to the possibility of a quicker development of vaccines and therapies against COVID-19, with no increased risks for the health of the patients. They could also replace most of the pre-clinic research that involves animal testing.

VERSIONE ITALIANA

Una review recentemente pubblicata su Theranostics fornisce un quadro generale di aggiornamento sugli strumenti di modellizzazione con cellule, che fanno luce sui meccanismi di infezione della SARS-CoV-2 e potrebbero anche essere usati per accelerare lo sviluppo di vaccini e trattamenti terapeutici anti-COVID. La review è firmata dalla prof. Manuela Raimondi e dal suo team al Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” del Politecnico di Milano, in collaborazione con la Prof. Stephana Carelli del Centro di Ricerca Pediatrico, Dipartimento di Scienze Biomediche e Cliniche “L. Sacco”, Università degli Studi di Milano.

Sviluppare vaccini e agenti terapeutici è un processo lungo che comporta numerose sfide. Per esempio, un vaccino utilizzabile sugli esseri umani può richiedere oltre 15 anni di sviluppo, dall’idea alla commercializzazione. In generale, la ricerca per lo sviluppo di medicinali ha un tasso di fallimento del 99,9% perché l’efficacia misurata in vitro non è quasi mai confermata nell’animale. Nei test in vitro, che presentano condizioni semplificate rispetto a quelle che si trovano in vivo, i medicinali attivano infatti risposte cellulari che non sono realmente rappresentative della risposta in vivo. La stessa sperimentazione nell’animale, inoltre, si porta dietro un rilevante dilemma etico.

Nuovi strumenti di modellizzazione potrebbero sostituire le fasi di sperimentazione pre-clinica sia in vitro che in vivo: per esempio, con l’uso di supporti 3D per colture cellulari, camere microfluidiche per la cultura di organoidi e la microscopia intravitale nell’animale. Alcuni strumenti di ricerca sviluppati negli ultimi dieci anni da Raimondi hanno proprio questo obiettivo: si tratta di nicchie artificiali per la coltura di cellule staminali, bioreattori microfluidici per la coltura di tessuti, e finestre miniaturizzate per la microscopia intravitale nell’animale (ne abbiamo parlato nel numero 6 di MAP a pagina 32).

Raimondi ha messo a punto un modello di linfonodo, ingegnerizzato all’interno di un bioreattore miniaturizzato otticamente accessibile chiamato “MOAB” e già commercializzato da una società spin-off del Politecnico di Milano co-fondata da Raimondi (https://www.moab-research.com/), che consente di studiare meccanismi di immunizzazione come quelli prodotti dai vaccini. Questi strumenti di ricerca aprono scenari concreti per uno sviluppo più rapido delle terapie anti-COVID, senza rischi per la salute dei pazienti. Potrebbero anche sostituire gran parte della ricerca preclinica attualmente condotta su animale.

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