CABHC a Napoli accelera con gli organ-on-chip: nuovi protocolli per la lotta ai tumori più precisi ed efficaci

A Napoli, il centro CABHC@CRIB sta diventando uno dei poli scientifici di riferimento nell’uso degli organ-on-chip per la ricerca oncologica. Nuovi protocolli sperimentali sono in corso che promettono di rivoluzionare lo studio dei tumori, ottimizzare le terapie personalizzate e ridurre i tempi di sviluppo dei farmaci. La tecnologia organ-on-chip, che consente di replicare in vitro organi umani o parti di essi su piccoli dispositivi microfluidici e biomateriali avanzati, viene ora integrata in processi che collegano biologia, ingegneria, farmacologia, oncologia clinica e anche intelligence artificiale per il modello predittivo.

Il centro CABHC, all’interno del parco Mostra d’Oltremare, dispone di strutture all’avanguardia: laboratori per la sintesi e caratterizzazione di biomateriali, dispositivi microelettronici, colture cellulari avanzate, organotipi tissutali, strumenti che permettono di realizzare modelli tridimensionali di tessuti umani con microambiente controllato. Questi modelli riproducono non solo le cellule tumorali, ma anche il microambiente, la vascolarizzazione simulata, il flusso di nutrienti, il tasso di ossigenazione, il contatto con cellule immunitarie, con lo scopo di studiare la risposta dei tumori nei loro contesti reali, non semplificati. È qui che i nuovi protocolli organ-on-chip stanno guadagnando spazio, perché permettono di testare la tossicità dei farmaci, le resistenze, la risposta delle cellule immunitarie, con dati che si avvicinano molto più di quanto accade con i modelli bidimensionali classici o con l’uso di animali.

Uno dei protocolli sperimentali su cui si sta puntando riguarda la definizione di modelli chip derivati da biopsie di pazienti oncologici: cellule tumorali prelevate direttamente vengono coltivate nell’organ-on-chip, integrando flussi di microliquidi che simulano il sangue, condizioni meccaniche quali stiramenti o pressioni presenti in organi specifici, e interazione con cellule stromali e immunitarie. In queste condizioni gli scienziati verificano come il farmaco somministrato penetri il tumore, come venga metabolizzato, quali cellule resistano, come evolvano i tumori, se emergano mutazioni secondarie o subclone resistenti. Questo approccio promette di ridurre il fallimento negli studi clinici, selezionare i composti con più alte chance di successo e accelerare il tempo di validazione terapeutica.

Un altro protocollo riguarda i test multipli combinati: farmaci anti-tumorali tradizionali + immunoterapie + cofattori che modulano microambiente tumore, come condizioni di ossigenazione, pH, disponibilità di nutrienti. L’uso dell’organ-on-chip consente di variare uno solo di questi parametri per volta, osservare la risposta cellulare, scoprire sinergie o antagonismi. Ad esempio, in modelli basati su tubi capillari artificiale è possibile simulare metastasi o migrazione cellulare, capire come le cellule tumorali migrano verso vasi sanguigni, oppure come sostanze che in vitro sembrano promettenti non riescano a fare effetto in presenza di cellule immunitarie attive.

La qualità dei biomateriali usati nel chip è fondamentale. A Napoli i ricercatori di CABHC lavorano su materiali biocompatibili che mimano la matrice extracellulare tessutale, con proprietà fisiche (rigidità, porosità) che influenzano il comportamento cellulare. Il protocollo include la standardizzazione dei materiali: il tipo di gel, le membrane, il micro-design delle canalizzazioni del chip devono essere riproducibili, standardizzati, caratterizzati con alta risoluzione microscopica e chimica, in modo che i risultati sperimentali siano comparabili tra laboratori. Questo aspetto è cruciale per dare credibilità e trasferibilità ai risultati, per poterli usare anche dalle industrie farmaceutiche e regolatorie.

Un ulteriore elemento innovativo è l’integrazione con tecnologie digitali: imaging e microscopia avanzata per monitorare in tempo reale la crescita tumorale, il comportamento delle cellule immunitarie all'interno del chip; algoritmi di intelligenza artificiale per elaborare dati su migliaia di esperimenti, estrarre pattern, predire risposta farmacologica; modelli computazionali che affiancano i chip, consentendo simulazioni di scenari terapeutici con vari parametri modificati (dose, combinazione, frequenza).

I protocolli prevedono anche lo sviluppo di “gemelli biologici digitali” basati sull’organ-on-chip: modelli personalizzati per ogni paziente, che possono essere usati per predire quale terapia sia più efficace, riducendo la sperimentazione empirica. Questo approccio ha implicazioni profonde perché può limitare gli effetti collaterali, risparmiare risorse, evitare trattamenti inutili o dannosi, e orientare la medicina di precisione.

Non mancano le sfide: ottenere che i chip riproducano fedelmente la complessità umana, inclusa la vascolarizzazione funzionale, la risposta immunitaria completa, il microambiente fisico meccanico e chimico; rendere la tecnologia scalabile per uso clinico; garantire normative regolatorie che accettino dati preclinici su organ-on-chip come parte degli studi sull’uomo; gestire costi elevati, proprietà intellettuale, partnership con industria farmaceutica.

In questo contesto, Napoli con CABHC appare come laboratorio avanzato che traduce queste sfide in opportunità. I nuovi protocolli organ-on-chip non sono più solo sperimentali, ma parte integrante del percorso che avvicina ricerca e cura. Ogni chip sviluppato, ogni test personalizzato, ogni combinazione farmacologica testata nel microambiente ricreato porta un pezzo del futuro della oncologia, dove il tumore non è più affrontato solo come massa da estirpare, ma come sistema complesso da comprendere, modulare, predire e neutralizzare.