Le patologie cardiovascolari rappresentano la principale causa di mortalità al mondo. Nonostante i numerosi sforzi della ricerca, al momento non esistono terapie per la rigenerazione cardiaca. Ad ostacolarne lo sviluppo concorre una predittività ancora non ottimale dei metodi di validazione preclinica. In particolare, la cardiotossicità, possibile evento avverso delle terapie farmacologiche, spesso è stata rilevata solo durante i primi test sui pazienti. Recentemente, a supporto della sperimentazione preclinica, sono stati introdotti modelli in vitro tridimensionali di tessuto cardiaco umano, a base di cardiomiociti derivati da cellule staminali pluripotenti indotte. Essi, tuttavia, ad oggi presentano ancora una limitata maturità funzionale e un design complesso, poco riproducibile e scalabile. Il progetto EMPATIC (Engineered multi-well platforms integrating biochemical and biophysical cues for the functional maturation and electrophysiological monitoring of cardiac tissue models) – proposto dalla professoressa Valeria Chiono del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale-DIMEAS del Politecnico di Torino – supera tali limiti sviluppando una nuova piattaforma, facile da usare e versatile, che sfrutta gli strumenti più avanzati della bioingegneria al fine di ottenere modelli in vitro di tessuti cardiaci umani maturi, consentendo anche il monitoraggio non invasivo delle loro proprietà elettrofisiologiche.
Il progetto EMPATIC sarà sviluppato in collaborazione con il professor Alberto Botter e il ricercatore Giacinto Luigi Cerone del Dipartimento di Elettronica – DET, esperti in bioingegneria elettronica e nello sviluppo di dispositivi elettromedicali. Caratteristica distintiva dello studio è la multidisciplinarietà della ricerca condotta, resa possibile dal lavoro sinergico tra i laboratori del Politecnico di Torino BIORECAR, guidato dalla professoressa Chiono, e LISiN – Laboratorio di Ingegneria del Sistema Neuromuscolare, di cui Botter e Cerone fanno parte.
Grazie al carattere particolarmente innovativo e al grande impatto potenziale del progetto EMPATIC, la professoressa Chiono è stata selezionata tra i progetti beneficiari del contributo ERC-2023-PoC da parte dello European Research Council della Commissione Europea: la sovvenzione è finalizzata alla realizzazione di “Proof of Concept”, cioè prototipi dimostrativi per esplorare il potenziale commerciale o sociale dei progetti di ricerca di frontiera. EMPATIC è stato selezionato tra i 283 progetti presentati da ricercatori e ricercatrici ERC di tutta Europa e prevede un finanziamento di 150 mila euro, quale parte del programma di ricerca e innovazione Horizon Europe dell’Unione Europea.
“EMPATIC si propone di sviluppare una piattaforma multi-pozzetto che integra componenti in grado di impartire stimoli biochimici e biofisici alle cellule, durante la loro coltura in vitro, e componenti bio-elettronici per la stimolazione elettrica esterna – commenta la professoressa Chiono – Con una struttura modulare e scalabile, la piattaforma EMPATIC utilizza parti di facile riutilizzo, nell’ottica di limitare l’impatto ambientale, ed è progettata per l’applicazione in piastre da coltura multi-pozzetto commerciali, incluse quelle dotate di micro-elettrodi per il monitoraggio del potenziale d’azione. La piattaforma EMPATIC è pensata per la validazione preclinica di farmaci e terapie avanzate, riducendo al contempo la sperimentazione animale, con un’attenzione al rispetto e alla tutela dell’ambiente. EMPATIC offre anche applicazioni nella ricerca di base, per studiare, ad esempio, la maturazione di cardiomiociti derivati da strategie di riprogrammazione diretta – in sinergia con il progetto ERC Consolidator BIORECAR – o di altre cellule sensibili agli stimoli elettrici, come ad esempio i neuroni e le cellule muscolari scheletriche. Contribuiranno allo sviluppo del progetto anche esperti in medicina rigenerativa cardiaca ed elettrofisiologia, aziende di dispositivi per il monitoraggio funzionale in vitro dell’attività cellulare, e il Centro Interuniversitario per la Promozione dei Principi delle 3R – Replace, Reduce, Refine: sostituire, ridurre e affinare la sperimentazione animale – nella Didattica e nella Ricerca, del quale fa parte anche il Politecnico di Torino”.
Presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale DIMEAS del Politecnico la professoressa Chiono guida il Laboratorio Biorecar, in cui lavorano dottorandi e ricercatori post-dottorato con competenze multidisciplinari complementari. Il Laboratorio Biorecar offre un asset di ricerca multidisciplinare nel campo della rigenerazione tissutale, con particolare riferimento al tessuto cardiaco, sviluppando sistemi per il rilascio di RNA e modelli tissutali tridimensionali per la validazione preclinica delle nuove strategie terapeutiche ed è stato finanziato con 2 milioni di euro grazie al suo ERC Consolidator Grant.