Direcțiile tehnice și standardizarea sistemelor Organ-on-Chips în biotehnologia europeană 

Tranziția către medicina de precizie și necesitatea structurală de a reduce dependența de modelele animale în dezvoltarea preclinică și clinică a medicamentelor reprezintă două dintre cele mai mari provocări actuale ale bioingineriei și farmacologiei globale. Consorțiul european UNLOOC (Unlocking the data content of Organ-on-Chips) a organizat recent întâlnirea față în față M24 la Lisabona, în campusul Instituto Superior Técnico. Evenimentul a fost găzduit de INESC MN (Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores), sub coordonarea companiei germane microfluidic ChipShop și cu sprijinul administrativ al organizației Spinverse.

Proiectul, finanțat prin programul cadru HORIZON Europe sub egida parteneriatului Chips Joint Undertaking, reunește 51 de organizații de profil din Europa, incluzând universități, institute de cercetare și lideri industriali. Ca partener în acest consorțiu, echipa noastră de cercetare-dezvoltare de la DDS Diagnostic a participat direct la sesiunile tehnice de la Lisabona, aducând perspectiva singurului IMM din Europa de Est implicat în proiect. Rolul nostru se concentrează pe aplicarea expertizei în diagnosticul in vitro pentru validarea și calibrarea componentelor biologice integrate în sistemele microfluidice avansate. Datorită complexității datelor colectate și a obiectivelor de lungă durată, consorțiul a decis în cadrul acestei întâlniri extinderea proiectului cu încă 6 luni pentru a finaliza toate etapele de validare experimentală.

Pilonii tehnologici ai proiectului și provocările de industrializare

Obiectivul central al proiectului UNLOOC este depășirea stadiului de prototip de laborator și trecerea către industrializarea și standardizarea sistemelor de tip Organ-on-Chips (OoC). Aceste dispozitive complexe combină microfluidica microelectronică și culturile de celule umane vii pentru a simula dinamic microambientul, fluxurile fluide și funcțiile biochimice ale organelor reale la scară microscopică. Pentru a transforma aceste tehnologii în platforme de screening scalabile, consorțiul își desfășoară activitatea pe trei direcții tehnice majore, intens dezbătute în cadrul sesiunilor de lucru de la Lisabona.

Prima direcție vizează optimizarea sistemelor microfluidice prin dezvoltarea de cipuri polimerice de înaltă precizie. Acestea permit simularea exactă a barierelor biologice și a fluxurilor sanguine prin microcanale capilare de dimensiuni micrometrice. Provocarea tehnică constă în asigurarea biocompatibilității materialelor folosite, astfel încât acestea să nu absoarbă compușii chimici testați și să permită aderența celulară optimă pe termen lung.

A doua componentă critică discutată o reprezintă integrarea senzorilor pentru monitorizarea în timp real, non-invazivă. În modelele clasice in vitro, analiza celulelor implică adesea distrugerea culturii pentru a extrage datele. Tehnologia dezvoltată în cadrul UNLOOC integrează microelectrozi și senzori optici direct în structura cipului. Aceștia pot citi continuu parametri vitali precum nivelul de oxigenare, evoluția pH-ului sau eliberarea de biomarkeri specifici, generând un flux constant de date fără a perturba homeostazia țesutului mimat.

Al treilea pilon constă în validarea cazurilor de utilizare specifice (Use Cases). Discuțiile de la Lisabona s-au concentrat pe analiza modelelor de bariere biologice complexe. Sesiunile de lucru detaliate au avut ca scop standardizarea interfețelor acestor cipuri și unificarea protocoalelor de achiziție de date, un pas obligatoriu înainte de faza de producție la scară industrială.

Miza biomedicală globală

Dezvoltarea platformelor Organ-on-Chips este accelerată de o presiune economică și științifică majoră la nivel global. În prezent, dezvoltarea unui nou compus medicamentos durează peste un deceniu, implică costuri de miliarde de euro și prezintă o rată de eșec de peste 90% în fazele de testare clinică pe oameni. Acest eșec structural este cauzat de diferențele fiziologice fundamentale dintre modelele animale folosite în fazele preclinice și biologia umană reală.

Sistemele OoC intervin exact în acest punct critic, oferind o precizie fiziologică net superioară prin utilizarea celulelor stem pluripotente induse (iPSC) de origine umană. Astfel, testările se realizează direct pe țesuturi cu profil genetic uman, crescând predictibilitatea studiilor de toxicitate și eficacitate.

Dincolo de eficiența tehnologică, proiectul răspunde și noilor reglementări bioetice internaționale, cum este FDA Modernization Act 2.0, act legislativ care permite utilizarea unor metode alternative, fără obligativitatea testării pe animale în anumite etape de dezvoltare . Mai mult, prin digitalizarea parametrilor obținuți de la senzori, datele biologice pot fi cuplate cu modele bioinformatice de inteligență artificială, deschizând calea către simulări predictive mult mai rapide.

Integrarea DDS Diagnostic în infrastructura de cercetare 

Prezența echipei noastre în consorțiul UNLOOC reflectă o strategie pe termen lung axată pe transfer tehnologic și dezvoltarea de competențe locale în microfluidica aplicată. Dezvoltarea de dispozitive biomedicale avansate necesită o corelare strictă între inovația bioinginerească din laboratoarele de cercetare și standardele riguroase de producție industrială.

Contribuția noastră principală în cadrul acestor grupuri de lucru constă în expertiza tehnică privind adaptarea protocoalelor experimentale la cerințele stricte de control al calității specifice domeniului IVD (In Vitro Diagnostics). Corelarea metodelor de analiză și asigurarea reproductibilității rezultatelor pe loturi industriale reprezintă pași esențiali pentru ca tehnologiile Organ-on-Chips să poată fi implementate în viitor în rețelele de laboratoare clinice și spitale.