Screening ad alto rendimento
Lo screening ad alto rendimento (HTS) è una tecnica utilizzata nella sperimentazione scientifica nei campi della biologia, della scienza dei materiali e della chimica. È diventato il metodo di scelta nei processi di scoperta dei farmaci. HTS utilizza robotica avanzata, software di elaborazione dati, dispositivi di manipolazione dei liquidi e rilevatori di sensibilità, per eseguire un'ampia gamma di test chimici, genetici o farmacologici in un breve periodo di tempo. Consente ai ricercatori di identificare composti attivi, anticorpi o geni associati a un percorso biomolecolare.
I dati raccolti da HTS spesso forniscono le informazioni iniziali necessarie per la progettazione di farmaci e i test tossicologici. Colture 3D in vitro per la scoperta di farmaci Lo sviluppo di farmaci consiste in molte fasi che iniziano con la scoperta e l'ottimizzazione dei lead, la convalida preclinica, fino agli studi clinici. HTS fornisce un contributo importante nella fase iniziale fornendo piccole librerie di composti che possono poi essere utilizzate nell'identificazione del target. Attualmente la maggior parte dei test cellulari utilizzati nell'HTS vengono eseguiti su cellule in coltura 2D, coltivate su superfici plastiche. Tuttavia, gran parte dei dati forniti dalle cellule in coltura 2D non sono rappresentativi delle cellule in vivo.
Le cellule in vivo crescono nel piano 3D, comprendente un microambiente complesso che determina la struttura e le funzioni dei tessuti. Questa limitazione è attribuita all’elevato tasso di fallimento nella scoperta dei farmaci, in cui solo una piccola parte dei farmaci arriva sul mercato per uso clinico. Le colture cellulari 3D hanno quindi guadagnato terreno significativo nel superare i limiti posti dalle tradizionali colture 2D. Le colture 3D imitano da vicino gli ambienti cellulari in vivo con struttura e funzione cellulare prevedibili e quindi in grado di fornire una migliore precisione per i processi di scoperta di farmaci.
Modelli di colture cellulari 3D rappresentativi dello stato cellulare in vivo Un modello rappresentativo di colture cellulari 3D conterrebbe un microambiente fisiologicamente o fisiopatologicamente rilevante, in cui le cellule sono in grado di dividersi, aggregarsi e differenziarsi. Inoltre conterrebbe interazioni cellula-cellula e interazioni cellula-matrice extracellulare (ECM) con rigidità in vivo, rigidità specifica del tessuto, gradienti di ossigeno, nutrienti e rifiuti e altre cellule di impalcatura. Gli attuali modelli di colture cellulari 3D disponibili non forniscono tutti questi criteri ma presentano punti di forza e limiti.
Questi modelli possono essere classificati come impalcature o non impalcature o altre culture 3D ibride. Ad esempio, le colture 3D tradizionali prodotte utilizzando fiaschi spinner o dispositivi rotanti forniscono sferoidi 3D su larga scala, ma non possono essere miniaturizzati e quindi non compatibili con HTS. I modelli 3D basati su impalcatura contengono più ambienti in vivo come da cellula a cellula e da cellula a ECM, dove i modelli privi di impalcatura hanno gradienti cellulari più fisiologicamente rilevanti. La scelta del modello è quindi determinata dal tipo di dati richiesti e dalle sue applicazioni. Tuttavia, i progressi più moderni nelle culture 3D hanno fornito colture su piccola scala compatibili con l’HTS automatizzato consentendo la scoperta di nuovi candidati per lo sviluppo di farmaci in culture più fisiologicamente rilevanti.
Questi sviluppi vengono realizzati in tutte le categorie di modelli di colture cellulari 3D. Inoltre, i modelli di colture cellulari 3D che utilizzano cellule umane superano le numerose limitazioni dei modelli murini, come i costi elevati e le considerazioni etiche, nonché il fatto di non essere rappresentativi della progressione della malattia umana o di prevedere gli effetti collaterali di farmaci come la tossicità epatica indotta da farmaci. Con i crescenti progressi compiuti nei modelli di colture cellulari 3D, i ricercatori sono in grado di creare eventi cellulari più fisiologicamente rilevanti che producono una risposta farmacologica in vivo simile, spostando i processi di scoperta dei farmaci verso un’arte di precisione e una medicina specifica per il paziente.
