Un team di ricerca statunitense ha creato un cuore bio-robotico che batte come quello reale. Tecnicamente, i ricercatori hanno combinato un cuore biologico e una pompa robotica in silicone, concentrandosi su una valvola sul lato sinistro del cuore e mettendo a punto un sofisticato simulatore di valvola cardiaca capace di imitare la struttura, la funzione e il movimento di un cuore sano o malato. L’obiettivo di questa ricerca è consentire a chirurghi e ricercatori di testare interventi e tecnologie, raccogliendo dati in tempo reale. Dal 10 gennaio scorso i dettagli dello studio sono disponibili on line sulla rivista Device.
Una piattaforma di formazione
Il team, unendo insieme tessuto biologico e tecnologia robotica, potrebbe aver creato la prossima grande scoperta nella ricerca sulle malattie cardiache. “Il simulatore offre un enorme vantaggio come strumento di ricerca per coloro che studiano diverse condizioni e interventi sulle valvole cardiache” afferma l’autrice senior e ingegnere biomedico Ellen Roche del Massachusetts Institute of Technology, spiegando che “esso può fungere da piattaforma di formazione chirurgica per medici, studenti di medicina e tirocinanti, consentire agli ingegneri dei dispositivi di studiare i loro nuovi progetti e persino aiutare i pazienti a comprendere meglio la propria malattia e i potenziali trattamenti”.
Tempistiche più brevi
Come precisato nella pubblicazione, prima di utilizzare qualsiasi intervento medico su un paziente reale è necessario testarlo accuratamente, per garantire la sicurezza ed efficacia. “Tuttavia, gli attuali simulatori cardiaci non riescono ad imitare interamente la complessità di un cuore e hanno una durata di conservazione breve, da due a quattro ore. Gli studi sugli animali sono costosi e richiedono molto tempo e i risultati potrebbero non sempre essere applicabili agli esseri umani”. Il cuore biorobotico potrebbe dunque colmare queste lacune come metodo meno costoso e tempistiche più brevi.
Struttura complessa
Nel dettaglio, il team si è concentrato sul “rigurgito mitralico”, un disturbo che colpisce circa 24,2 milioni di persone in tutto il mondo. In questa patologia la valvola mitrale tra l’atrio sinistro e il ventricolo del cuore, non chiudendosi correttamente, consente al sangue di fluire nella direzione sbagliata. Tra i sintomi, vi è mancanza di respiro, gonfiore agli arti e insufficienza cardiaca. Data la complessità della struttura della valvola, per gli esperti “gli interventi chirurgici per correggere il disturbo sono possibili ma molto complessi e necessitano di una tecnologia efficace e di tecniche chirurgiche precise”.
Le procedure
Per comprendere meglio una valvola mitrale negli stati sani e malati, il team ha “costruito” un cuore biorobotico utilizzando un cuore di un maiale come base. I ricercatori hanno sostituito il muscolo cardiaco nella camera sinistra con un morbido sistema di pompa robotica in silicone azionato dall’aria. Quando gonfiata, il sistema torce e comprime il cuore come farebbe un reale muscolo cardiaco, pompando sangue artificiale attraverso un finto sistema di circolazione e simulando il battito di un cuore biologico. Dopo aver danneggiato la valvola mitrale per renderla disfunzionale, il team ha permesso ai chirurghi cardiaci di lavorare sul cuore bio-robotico, testando tre diverse tecniche chirurgiche per correggere il problema: fissare i tessuti valvolari in modo che non perdano, impiantare un dispositivo per aiutare la valvola a chiudersi correttamente o sostituire completamente la valvola con una protesi.
A beneficio dei pazienti
Tutte e tre le procedure hanno avuto successo, riportando alla normalità la pressione, il flusso e la funzione cardiaca. Il sistema ha altresì permesso al team di raccogliere dati in tempo reale durante l’intervento chirurgico. Inoltre, il sangue artificiale utilizzato nel sistema è limpido e incolore: ciò ha consentito anche la visualizzazione diretta della procedura. I preziosi risultati hanno avvalorato che il dispositivo potrebbe essere un nuovo modello di cuore per l’addestramento alla chirurgia cardiaca. “È stato davvero interessante per i chirurghi studiare ogni passaggio”, afferma Ellen Roche. “Quando lavori con i pazienti, non è possibile visualizzare il processo perché c’è sangue nel cuore”. Ora il team mira a ottimizzare l’attuale sistema cardiaco biorobotico riducendo i tempi di produzione e allungando ulteriormente la durata di conservazione. Secondo i ricercatori, potrebbe anche essere avverabile sostituire un cuore di maiale con un cuore umano sintetico ricreato in stampa 3D. “L’accelerazione e il miglioramento di questi processi alla fine andranno a beneficio dei pazienti” ha concluso Ellen Roche.
