I progressi nella ricerca biomedica e nello sviluppo di farmaci sono oggi fortemente limitati dai costi elevati e dai vincoli etici degli studi in vivo sugli animali, nonché dai costi elevati e dalla durata delle sperimentazioni cliniche. Le tecnologie Organ-on-a-Chip (OoC) sono state recentemente proposte come valida alternativa per studiare i processi fisiopatologici in vitro utilizzando cellule di mammiferi e dispositivi personalizzati. I sistemi OoC convenzionali vengono tipicamente progettati e fabbricati a livello di laboratorio e assemblati tramite complesse manipolazioni. Per rendere la tecnologia OoC facilmente disponibile per sperimentazioni biologiche ad alta produttività, è di fondamentale importanza sviluppare approcci di fabbricazione robusti che consentano di realizzare una produzione personalizzabile e sostenibile a costi accessibili.

L’obiettivo principale del progetto MITO è quello di progettare e sviluppare una catena efficiente di processi di microfabbricazione per la produzione di un’innovativa piattaforma microfluidica del tipo Organ-on-a-Chip (OoC), cioè un sistema strutturato per la coltura e la perfusione in vitro di cellule di mammifero. Grazie a questa catena di processi sarà possibile sviluppare sistemi efficienti, strutturati, pronti all’uso ed espandibili per la coltura di cellule in condizioni simili all’ambiente microfisiologico, in modo da poter riprodurre funzioni cellulari che non sono presenti nei sistemi convenzionali di coltura cellulare.

L’obiettivo generale è quello di sviluppare sistemi efficienti, integrati, pronti all’uso ed espandibili per la coltura di cellule in condizioni che assomigliano all’ambiente microfisiologico, per ricapitolare le funzioni cellulari che non sono presenti nei sistemi di coltura cellulare convenzionali. Questi dispositivi microfluidici permetteranno di studiare la biologia delle malattie umane a livello paziente-specifico e a livello cellulare e molecolare. L’uso di questo sistema integrato per la ricerca di nuovi farmaci consentirà studi più rapidi, più economici e più accurati che mai, riducendo la sperimentazione sugli animali. I sistemi OoC convenzionali sono generalmente progettati e fabbricati a livello di laboratorio e assemblati in unità con manipolazioni complesse. Per rendere la tecnologia OoC prontamente disponibile per le indagini biologiche ad alto rendimento, è di fondamentale importanza sviluppare approcci produttivi robusti per la produzione su larga scala e a costi accessibili. Verrà progettato, prototipato, prodotto e validato un OoC integrato e compatto, e il relativo sistema di perfusione, che avrà caratteristiche avanzate che caratterizzeranno tali sistemi in futuro. Il progetto proposto avrà un’architettura multistrato, basata su strati polimerici e membrane elastomeriche. Microcanali, valvole e pompe saranno realizzati e assemblati sul chip principale, sfruttando le diverse proprietà degli strati e utilizzando microgriglie di supporto delle celle appositamente sviluppate. Le tecnologie di microproduzione all’avanguardia saranno adattate e migliorate per consentire la produzione di massa di un prodotto così complesso. In particolare, i processi di microfresatura e microEDM saranno ottimizzati per produrre micro caratteristiche dello stampo, come pareti lisce e sottili, perni e tasche sagomate; verranno realizzate sottili microgriglie polimeriche e integrate negli strati per promuovere lo stiramento periodico del substrato biologico cellulare e per riprodurre stimoli chimici e fisici sugli strati di co-coltura cellulare. Il processo di microstampaggio a iniezione sarà ottimizzato per produrre strati microstrutturati e microparti. Verranno identificate strategie robuste per la caratterizzazione metrologica di stampi, inserti e dispositivi microfluidici. Come importante risultato del positivo completamento del progetto, sarà reso disponibile un insieme unico di competenze su utensili di precisione, microproduzione e produzione di massa mediante replica. Questo progetto rafforzerà un nuovo flusso di ricerca concentrato sulle tecnologie di microproduzione per la produzione di massa di OoC e sulla bioingegneria. Creerà una rete di eccellenza nella ricerca scientifica nel tooling e nelle tecnologie di microproduzione nello scenario europeo, in linea con le priorità strategiche per la competitività dell’industria europea.