Intervista con la Dr.ssa Meg Lewis della Kirkstall Ltd sul sistema Quasi-Vivo

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Antidote Europe (AE): A che punto della tua formazione scientifica hai iniziato a mettere in discussione il valore di modelli animali nell’ambito della medicina umana? Quali sono le tue attuali opinioni sulla sperimentazione animale nel campo della ricerca e della sperimentazione e come sei arrivata ad esse?
 
Meg Lewis (ML):
Non è successo fino al mio attuale post di diventare cosciente dell’inefficacia degli esperimenti sugli animali, quasi quattro anni dopo che avevo completato la mia formazione di PhD.
Il pensiero accettato è sempre stato che i modelli animali sono usati dove sarebbe non-etico fare un test su di un essere umano – per esempio per trovare se un composto sia tossico. La motivazione dietro gli esperimenti sugli animali è che si suppone che ci diano informazioni se qualcosa sia efficace negli esseri umani, se potrebbe arrecare un danno e in quale misura.
L’assunto di base è che gli animali sono buoni modelli di esseri umani, e che le informazioni ottenute da sperimentazioni su di loro ci permettono di fare previsioni accurate di ciò che accade negli esseri umani. Sono rimasta scioccata di imparare la misura in cui questo non è semplicemente il caso. 
Sapevamo dell’inefficacia degli esperimenti sugli animali da lungo periodo, certamente dal 1960, quindi sono sorpresa che non sia sbucato nel corso della mia istruzione. Le cifre sono da capogiro – il 94% dei farmaci che hanno passato i test pre-clinici negli animali falliscono nella fase dei trial clinici, perché sono o tossici o non efficaci negli esseri umani. Ci sono stati circa 197.000 decessi relativi alle reazioni avverse ai farmaci nell’Unione Europea nel 2011. Il costo crescente di immettere un unico farmaco sul mercato (ora una media stimata nell’ordine di 1,5 miliardi di dollari – 6 miliardi di dollari), ed i rendimenti decrescenti che l’industria farmaceutica sta vedendo stanno portando il settore in crisi economica. Gli animali non sono esseri umani, e rispondono in modo diverso ai farmaci. Dobbiamo accettare queste insufficienze nei test in corso e abbandonare l’uso di animali per la ricerca e la tossicologia, sviluppando test in vitro e saggi basati su una scienza migliore, che sono più sensibili e più accurati dei test sugli animali.
La sostituzione degli animali nella ricerca e sperimentazione non accade in una notte, e potrebbe anche non accadere mai completamente, ma prima si inizia, e più tempo e denaro investiamo in soluzioni alternative, più di successo sarà il risultato finale.
 
AE: Oggi sei una dipendente a tempo pieno come R&D Manager in una lungimirante società biotech (Kirkstall Ltd). Potresti descrivere ai nostri lettori il vostro prodotto, il “Sistema Quasi-Vivo”, e il ruolo che esso svolge nella sostituzione degli animali nella ricerca e nella sperimentazione?
 
ML:
La Kirkstall ha un forte impegno per le 3R. Il sistema Quasi-Vivo è uno strumento per colture cellulari, e può essere pensato come un “kit Lego” per biologi cellulari, permettendo loro di coltivare cellule in un ambiente che rappresenti più da vicino il modo in cui le cellule crescono nel corpo umano.
Per replicare con successo l’ambiente in vivo in vitro, un certo numero di aspetti chiave in vivo sono necessari: l’architettura dell’organo e fattori secreti che sarebbero presenti nella matrice extracellulare, il movimento e la plasticità dei tessuti, il flusso di sangue, specifiche pressioni di ossigeno, e co-coltura dei diversi tipi di cellule che compongono un organo. L’equilibrio di questi elementi dipenderà dalle esigenze di ciascun tessuto, per esempio, le cellule ossee funzioneranno meglio sotto pressioni superiori su una impalcatura rigida 3D, e le cellule polmonari preferiranno un ambiente a pressione inferiore con un’interfaccia d’aria.
L’elemento centrale del sistema Quasi-Vivo è esporre le cellule a flusso, con differenti camere progettate per supportare specifici tessuti in modi specifici, simulando il loro ambiente sia attraverso la camera stessa (come nella nostra camera di interfaccia aria-liquida per coltura di pelle o polmone) che attraverso la compatibilità con altre tecnologie che replicano altri elementi chiave dell’ambiente in vivo. La coltura cellulare più standard è fatta nell’ambiente di coltura cellulare in condizioni statiche. L’introduzione di un ambiente dinamico, in cui l’ambiente viene fatto circolare da una pompa e passa attraverso le cellule, assicura che le cellule siano costantemente fornite di sostanze nutritive fresche, stimolate dal basso sforzo di taglio, e tenute ossigenate. Il ricircolo dell’ambiente permette alle cellule di condizionare il loro ambiente con citochine secrete, come avrebbero fatto nel corpo, aumentando la loro longevità e la proliferazione, e consentendo a vari tessuti di interagire tra di loro tra le camere modellando la comunicazione inter-organo in vivo. Questo tipo di sistema permette di vedere come i prodotti del metabolismo dei farmaci colpiscono organi diversi senza utilizzare un modello animale.
Costruire un ambiente in vitro rappresentativo incoraggia le cellule a comportarsi come fanno nel corpo – abbiamo avuto un grande successo con il nostro sistema nel far sì che le cellule funzionassero in modo simile alla situazione in vivo, in termini di espressione genica, metabolismo dei farmaci, e di migliore longevità nella coltura. Il sistema è stato utilizzato per rilevare la tossicità dei farmaci diclofenac, roflumilast e ciclofosfamide con tra 4 e 30x maggiore sensibilità rispetto allo standard dei saggi in vitro.
 
AE: Quali vantaggi offre il vostro “Sistema Quasi-Vivo” rispetto a quelli dei vostri concorrenti? C’è possibilità di miglioramento del vostro prodotto o di collaborazione con scienziati mentalmente affini?
 
ML:
I gruppi di sviluppo della tecnologia in questo settore delle bioscienze stanno spesso facendo di tutto per migliorare la coltura cellulare in vitro, e renderla più rappresentativa in modo che i dati provenienti da esperimenti in vitro diano un quadro più preciso di ciò che sta accadendo nell’ambiente umano in vivo. Questo ha portato a soluzioni ingegnose per la riduzione ed eventualmente sostituzione della necessità di animali nella ricerca, inclusi sferoidi per imitare le strutture dei tessuti 3D, e l’idea dell'”human on a chip” di microchip fuidici dove piccole popolazioni di cellule possono comunicare tra loro attraverso microscopici canali, in aggiunta al nostro sistema.
Il sistema di Quasi-Vivo è progettato intorno alla nuova idea di singole camere che possono essere interconnesse per modellare l’ambiente in vivo di comunicazione tra gli organi in una facile maniera da usare. Il sistema consente ai ricercatori di studiare queste comunicazioni e gli effetti che hanno sulle popolazioni di cellule, senza doversi preoccupare di problemi tecnici, come perdite (che spesso affliggono altri sistemi di flusso), bolle e artefatti di pressione (problemi che vengono con la microfluidica). Le dimensioni delle camere sono modellate su di una piastra a standard a 24 pozzetti comunemente usata per la ricerca in vitro, in modo che siano compatibili con gli scaffold della cellula 3D progettati per quella dimensione di recipiente di coltura. Le cellule possono essere facilmente recuperate dopo gli esperimenti, in numero adeguato per l’analisi dell’espressione genica o dei livelli di proteine​​.
Diamo il benvenuto a ogni collaborazione con scienziati che la pensano come noi così come continuiamo a sviluppare il nostro sistema per nuove applicazioni. Il nostro sistema è compatibile con molte altre tecnologie alternative, come le cellule staminali pluripotenti indotte e gli scaffold di coltura 3D. Crediamo che lavorando insieme con questi fornitori di tecnologia si ottenga il meglio delle cellule, e vi siano migliori probabilità di rendere realistici i modelli in vitro per sostituire l’uso degli animali.
 
AE: Come vedi il futuro della R&S nel tuo campo? Se oggi avessi un budget di 10 milioni di dollari, quale sarebbe la tua priorità di R&S numero uno?
 
ML:
Il futuro è molto luminoso, non solo nel campo delle tecnologie alternative, in cui il riconoscimento e il finanziamento aumentano di anno in anno, ma anche nei campi di in cui queste tecnologie impattano, come la ricerca bioscientifica generale, la sperimentazione tossicologica e così via. Sappiamo quali sono i problemi, e conosciamo le soluzioni, quindi è solo una questione di unire i puntini, lo sviluppo di queste tecnologie alternative in sinergia e la loro ottimizzazione per fornire i modelli più realistici possibili.
Le mie priorità di ricerca per le tecnologie alternative per i prossimi 5-10 anni sarebbero quelle di continuare a sviluppare e ottimizzare nuovi modelli e di esplorare nuove applicazioni, in particolare dove l’utilizzo di animali è prevalente, come nella ricerca sul cancro e nella sperimentazione tossicologica. I modelli alternativi saranno inoltre in grado di supportare la crescente sfera della medicina personalizzata, che fa affidamento sui dati individuali umani, ad esempio fornendo una piattaforma per testare la suscettibilità di un paziente al farmaco per più organi in un sistema collegato, utilizzando cellule derivate dal sangue del paziente e poi ri-differenziato a polmoni, reni, fegato o cuore. Sarà molto interessante vedere come il paesaggio si svilupperà.
 
AE: Ti ringraziamo per averci dato il tuo tempo per questa intervista. Vi sono osservazioni aggiuntive che desideri aggiungere che non sono state coperti durante l’intervista?
 
ML:
A mio parere, la risposta a lungo termine per l’adozione diffusa di tecnologie alternative risiede nell’istruzione e nella semplificazione del processo di validazione dei metodi alternativi.
Se agli studenti potessero essere insegnati i pro e i contro della sperimentazione animale e la disponibilità di altre soluzioni, verrebbero fuori dalla scuola o dall’università con una prospettiva critica, informata, sulla sperimentazione animale, e questo li incoraggerebbe a metterla in discussione e considerare le alternative, piuttosto che ri-applicare la dottrina che gli esperimenti sugli animali sono necessari per gli sviluppi nel campo della medicina e della scienza per continuare. Parte del nostro obiettivo come azienda è quello di insegnare agli scienziati il valore delle tecnologie alternative, e come adottarle, nei nostri corsi di formazione mensili.
La validazione rimane un intralcio significativo per l’implementazione di metodi alternativi da parte dell’industria. Con 10 anni e 5 milioni di euro di investimento medio per ottenere un singolo test validato dall’ECVAM, il costo è semplicemente troppo grande per la maggior parte delle piccole imprese, ma senza di essa, è molto difficile convincere le organizzazioni di ricerca a contratto e farmaceutiche ad utilizzare le nuove tecnologie e cambiare i loro approcci (se non impossibile).
 
CV:
Meg Lewis è laureata presso l’Università di Sheffield, con una laurea in genetica e microbiologia e un dottorato in biochimica molecolare, dopo di che ha lavorato per il Dipartimento per il commercio, l’Innovazione e le Competenze prima di entrare nella Kirkstall nel maggio del 2011. Come ricercatore principale, ha supervisionato il completamento della seconda concessione finanziata da TSB per il progetto di Ricerca e Sviluppo, e ha partecipato in una serie di progetti commerciali e collaborativi.
Nel suo attuale ruolo di Manager di Ricerca e Sviluppo, che coordina il programma di ricerca e la strategia di ricerca, mette insieme nuovi progetti di collaborazione con i principali gruppi di ricerca di tutto il mondo, e quest’anno ha istituito un programma di corso di formazione di ricercatori su come utilizzare il sistema Quasi-Vivo.
Oltre al lavoro di ricerca, si occupa di sostenere le relazioni commerciali e partnership accademiche in un ruolo tecnico e di supervisione, e nel 2012 ha fondato il Programma Giovani Scienziati Kirkstall per laureati in scienze, in collaborazione con il Centro per l’impiego per aiutare i nuovi ricercatori nell’occupazione di posti di lavoro in settori rilevanti.
 
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