Nel 2018, il laboratorio del Dipartimento di sistemi di ingegneria chimica dell'Università di Tokyo ha dovuto affrontare un problema durante lo sviluppo del dispositivo MPS (Intestinal Micro fisiological System). Lo scopo di questo dispositivo era riprodurre l'ambiente intestinale umano come parte di un progetto per imitare il corpo umano, promosso dall'Agenzia giapponese per la ricerca e lo sviluppo medico (AMED). Il progetto ha affrontato un ostacolo nella riproduzione del flusso sanguigno e dei movimenti peristaltici nel tratto intestinale necessari per rendere la piastra utilizzata per cellule iPS di coltura simile all'ambiente umano interno.
Il progetto mirava ad abbreviare i tempi di sviluppo di nuovi farmaci e anche a ridurre i costi associati ad esso.
In generale, lo sviluppo di un nuovo farmaco richiede più di 10 anni e costa da 100 milioni a un miliardo di dollari USA. A volte i farmaci che hanno avuto successo nell'ambiente sperimentale non funzionano allo stesso modo nel corpo umano. Pertanto, sono necessari diversi passaggi come esperimenti cellulari, esperimenti su animali e studi clinici per dimostrare la loro efficacia e sicurezza. Questo progetto mirava a tagliare i costi e ridurre i tempi di sviluppo riproducendo un ambiente il più vicino possibile all'interno del corpo umano.
Inizialmente il laboratorio ha realizzato vari dispositivi sperimentali artigianali e si è consultato con varie aziende farmaceutiche, ma la mancanza di necessità di produrre in serie il dispositivo insieme al complicato meccanismo di controllo ha smorzato gli interessi di tutte le aziende.
Per risolvere il problema hanno contattato la Takasago Fluidic Systems, specializzata in controlli microfluidici a basso volume. La Takasago aveva già un dispositivo di perfusione (un dispositivo di coltura fluida che mantiene la soluzione di coltura fluente), che facilitava la riproduzione del flusso sanguigno, ma il problema della riproduzione della peristalsi rimaneva. L'Università di Tokyo aveva richiesto il lento movimento della membrana di coltura sulla parete intestinale in sincronia con il battito cardiaco. Inoltre, l'intero dispositivo doveva avere una dimensione adattabile a un'incubatrice già pronta.
L'idea era di usare l'aria per muovere pneumaticamente la membrana di coltura, ma Takasago non aveva una valvola che funzionasse alla velocità desiderata. Dopo vari tentativi si è stati in grado di raggiungere la velocità desiderata combinando una valvola a microago con portata regolabile con una pompa dosatrice. L'MPS intestinale è stato completato con successo nel gennaio 2019.
I prodotti introdotti in questo articolo, che hanno permesso di arrivare all'implementazione dell' MPS intestinale sono:
- Un sistema di perfusione 3D automatizzato per la coltivazione di tessuti. Questo sistema ha permesso di raggiunge le parti più profonde dei tessuti. Inoltre, è possibile prevedere reazioni sequenziali dato che le secrezioni delle cellule a monte possono agire sulle cellule a valle e la crescita cellulare è osservabile dal lato superiore.
- Micro valvola ad ago (MNV) in perfluoroelastomero, PEEK e acciaio inossidabile, con regolazione manuale dei flussi inferiori a 1 μl / min, pulsazione del flusso ridotta ed un intervallo di pressione di esercizio da 0 a 200 kPa.
- Pompa peristaltica a 6 canali in grado di fornire sei fluidi separati contemporaneamente, nonostante le sue dimensioni compatte. Il tubo è facile da sostituire. È disponibile anche un modello di motore passo-passo, in grado di gestire il flusso con velocità fino a 0,23 μl / min. La precisione della portata tra i canali è ± 10% quando il viene utilizzato lo stesso tubo.
