UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI GENOVA

Hydrogel Sponge for 3D Cell Cultures

La presente invenzione riguarda la produzione di uno scaffold idrogelico non erodibile, sterilizzabile, biocompatibile, per le colture cellulari in 3D, che può essere usato per coltivare cellule diverse per periodi di tempo prolungati e potenzialmente impiegabile in vivo, nella rigenerazione tissutale

Stato del brevetto

DEPOSITATO

Numero di priorità

102017000087978

Data di priorità

31/07/2017

Licenza

INTERNAZIONALE

Mercato

Si prevede che il mercato globale delle colture cellulari 3D raggiunga nel 2024 1846 milioni $; nel 2019 era di 892 milioni $, con un tasso annuo di crescita composto pari al 15.7%1 .

In questo settore operano poche grandi compagnie, prevalentemente basate in Europa (Merck KGAA, Lonza AG, TissUse, InSphero, ecc.) e USA (Thermo Fisher Scientific, Synthecon, 3D Biotek, Hamilton Company, ecc.).

Circa il 40% del mercato è costituito dalle colture in scaffold2, principalmente impiegate da industrie farmaceutiche e biotecnologiche. La richiesta di trapianti d’organo e di prodotti di ingegneria tissutale, attesa in crescita nei prossimi 5 anni, necessita di sistemi affidabili e di facile utilizzo; inoltre, l’aumentata attenzione verso metodi alternativi alla sperimentazione animale e il rinnovato focus sulla medicina personalizzata rappresentano ulteriori motori di sviluppo di questo settore.

I crescenti investimenti in R&D di Paesi emergenti quali India, Cina e Brasile fanno prevedere un allargamento del mercato verso queste aree nei prossimi anni.

1 https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/3d-cell-culture-market-191072847.html.

2 https://www.inkwoodresearch.com /reports/3d-cell-culture-market.

Problema

Le colture cellulari rappresentano uno dei tool più frequentemente utilizzati per studi tossicologici, farmacologici e biochimici. Le comuni metodiche di coltura cellulare prevedono la crescita delle cellule su supporti di polistirene che consentono lo sviluppo delle cellule solo nelle due dimensioni (2D). Tuttavia, questa metodica è contraddistinta da un ridotto tempo di coltura che dipende inevitabilmente dalla velocità di replicazione delle cellule, le quali, non appena sono prossime alla confluenza, necessitano di essere staccate e divise. Ciò comporta un elevato consumo sia di materiale plastico, sia di terreno di coltura. Un ulteriore svantaggio dei sistemi in 2D è la difficile correlazione tra le condizioni di coltura e le condizioni in vivo, risultando quindi un modello poco predittivo dello status fisiopatologico.

Rispetto alle 2D, le colture cellulari 3D permettono di sviluppare modelli più predittivi, grazie a interazioni intercellulari e con la matrice extracellulare che nelle colture 2D sono spesso mancanti. Inoltre, le colture cellulari 3D presentano generalmente maggiore stabilità e durata rispetto a quelle 2D. Pertanto, il loro impiego nella ricerca oncologica e nella medicina rigenerativa è in rapida crescita.

Le colture 3D, quando non prodotte semplicemente in sospensione, necessitano di supporti sterilizzabili di consistenza simile ai tessuti. I materiali attualmente in uso, tuttavia, sono costosi, difficilmente adattabili alle varie linee cellulari e non trasparenti.

Limiti attuali tecnologie / Soluzioni

Gli scaffold polimerici in uso sono in genere opachi, non adatti all’applicazione di tecniche di microscopia per visualizzare le colture al loro interno; quelli idrogelici possono inoltre presentare un livello di interconnessione eccessivo, che ostacola la migrazione cellulare, o avere una consistenza troppo differente da quella dei tessuti naturali. Gli scaffold idrogelici attualmente più diffusi sono a base di materiali costosi e hanno caratteristiche non adattabili ai diversi tipi cellulari.

Lo scaffold oggetto di questa invenzione è di facile allestimento e poco costoso; la sua densità può essere modificata in base al tipo di cellule da coltivare; inoltre, la sua natura chimica permette la funzionalizzazione con opportuni coatings per favorire la proliferazione di specifiche linee cellulari.

Le colture 3D all’interno del nostro scaffold sopravvivono significativamente più a lungo rispetto alle colture 2D, un aspetto decisamente vantaggioso per lo sviluppo di test farmacologici e tossicologici.

Killer Application

Test in vitro alternativi alla sperimentazione animale

È stata verificata la possibilità di utilizzare il nostro scaffold come supporto per colture cellulari 3D destinate all’esecuzione di test in vitro.

In un test atto a determinare l’effetto sensibilizzante di una sostanza, cellule HeLa coltivate in 3D nello scaffold sono state esposte a diverse concentrazioni di nickel solfato, noto allergizzante, e ne è stata misurata la vitalità con un test convenzionale, mostrando una risposta dose-dipendente.

Tecnologia e nostra soluzione

Lo scaffold da noi sviluppato e brevettato è a base di acido poliacrilico, materiale FDA-approved e biocompatibile, e può essere sterilizzato in autoclave e liofilizzato. La sua elevata porosità favorisce le migrazioni cellulari e la diffusione di nutrienti e di prodotti di degradazione metabolica; la trasparenza permette l’ispezione microscopica delle cellule in coltura; la natura chimica lo rende compatibile con i più comuni test di vitalità cellulare.

Grazie alla sua elevata resistenza meccanica e flessibilità, risulta essere facilmente manipolabile e agevolmente integrabile in piastre per colture cellulari per l’esecuzione di test automatizzati. La sua produzione è facilmente scalabile ed economica, e la presenza della funzione carbossilica nel costituente polimerico permette procedure di coating e bioconiugazioni.

La sua biocompatibilità e la sua struttura reticolata lo rendono anche potenzialmente utilizzabile in vivo nella rigenerazione tissutale o nelle terapie cellulari avanzate.

Vantaggi