Scienziati che stanno sviluppando un cuore artificiale più morbido, più duraturo
Sommario:
Nicholas Cohrs ei suoi colleghi del Laboratorio di materiali funzionali dell'ETH Università di Zurigo in Svizzera hanno un nuovo concetto per quello che chiamano un cuore artificiale morbido.
Sviluppando un cuore artificiale che ricorda da vicino il cuore di un ricevente, Cohrs e il suo team sperano di creare un dispositivo in grado di mantenere i pazienti in vita per anni senza dover ricorrere a un altro intervento chirurgico di trapianto rischioso.
Pubblicità PubblicitàPer quasi 50 anni, i chirurghi hanno trapiantato cuori artificiali in pazienti che altrimenti sarebbero morti per insufficienza cardiaca.
Questi dispositivi sono fatti di plastica e metallo. Possono sostenere la vita per giorni e persino mesi, mentre i pazienti attendono i cuori dei donatori.
In alcuni casi, un trapianto di cuore artificiale può essere permanente e potrebbe durare per diversi anni, ma la probabilità di sopravvivere per più di quattro anni è inferiore al 60 percento. Il record per il più lungo tempo che vive con un cuore artificiale è di cinque anni.
PubblicitàLe complicazioni che possono verificarsi da un trapianto di cuore artificiale includono sanguinamento, infezione e insufficienza d'organo.
Un problema comune con i cuori artificiali è la loro tendenza a consentire al sangue di coagulare a causa della loro composizione rigida.
PubblicitàPubblicitàI trombi possono causare ictus.
Tentare un tocco morbido e personalizzato
Un cuore artificiale con meno rigidità, quindi, potrebbe migliorare il flusso sanguigno e ridurre le possibilità di coagulazione.
Inizialmente, Cohrs e il suo team hanno sperimentato il silicone, una sostanza generalmente non reattiva, stabile e resistente agli ambienti estremi. Ha anche diverse applicazioni di scienze della vita.
"Naturalmente, il silicone è un materiale artificiale, che non è tessuto umano e non può assomigliarlo direttamente", ha detto Cohrs a Healthline. "Tuttavia, è un materiale morbido e può imitare in una certa misura le proprietà del tessuto umano. Lo usiamo perché è un materiale stabilito per gli impianti e disponibile da molti fornitori diversi. "
Il cuore in silicone è stato progettato utilizzando il software CAD (Computer Assisted Design), producendo un organo morbido che assomiglia al cuore umano per composizione, forma e funzione.
Pubblicità PubblicitàPer un trapianto effettivo, una scansione TC del cuore del paziente costituirebbe la base del progetto, assicurando che fosse perfettamente aderente.
Sono necessarie modifiche al design del cuore per consentirne il movimento autonomo, inclusa una camera che si gonfia e si sgonfia con l'aria pressurizzata.
Nei loro esperimenti, il team di Cohrs ha utilizzato una stampante 3D per creare uno stampo di plastica del cuore.
Pubblicità"Produciamo il nostro cuore artificiale non direttamente dalla stampa 3D, ma abbiamo bisogno di stampanti 3D, perché non è possibile produrre un dispositivo così morbido con tecniche di produzione tradizionali", afferma Cohrs."Stampiamo in 3D un negativo del cuore e usiamo questo come uno stampo, che in seguito dissolveremo. "
Inizialmente, lo stampo era riempito di silicone, risultando in un cuore di 13 once - un dispositivo di circa un terzo più pesante del cuore medio adulto.
PubblicitàAdvertisementUna volta impiantato, sarebbe suturato alle valvole, alle arterie e alle vene e alimentato da un driver pneumatico esterno portatile.
Cohrs e il suo team hanno testato il loro cuore in silicone nell'aprile 2016 posizionandolo in una macchina ibrida per la diffusione del mocking. I risultati hanno dimostrato che il flusso sanguigno del cuore di silicone imitava quello di un vero cuore umano.
Tuttavia, il cuore in silicone è durato circa 3.000 battiti cardiaci prima di rompersi dallo stress. A una frequenza cardiaca a riposo di 60 battiti al minuto, il cuore fallirebbe in meno di un'ora.
PubblicitàGli scienziati hanno pubblicato le loro scoperte sulla rivista Organi artificiali
Guardando oltre il silicone
Sin dai loro primi esperimenti, la squadra di Cohrs è passata dal silicone ad altri materiali.
Pubblicità Pubblicità"Stiamo testando diversi polimeri per rendere il cuore artificiale più stabile e aumentare la durata", ha affermato Cohrs. "Abbiamo anche cambiato e ottimizzato la geometria. "
Il loro ultimo cuore dura per 1 milione di battiti cardiaci - o circa 10 giorni di valore della vita.
Ulteriori modifiche miglioreranno il cuore, anche se potrebbero volerci decenni prima che uno sia pronto per i test della vita reale.
"Il nostro obiettivo finale sarebbe naturalmente un cuore artificiale morbido che possa produrre un flusso fisiologico naturale, avere una vita sufficiente e non causare eventi avversi", ha affermato Cohrs. "Se questo è possibile è ancora sconosciuto, ma siamo rimasti soddisfatti dei primi risultati. "
" Sviluppare un impianto artificiale interno così complesso è molto difficile e richiede molto tempo ", ha aggiunto Cohrs. "Non possiamo davvero prevedere quando potremmo avere un ultimo cuore funzionante che soddisfi tutti i requisiti ed è pronto per l'impianto. Questo di solito richiede anni. "
" Ma con la pubblicazione della nostra ricerca, abbiamo presentato un proof-of-concept per la morbidezza nella terapia cardiaca artificiale. "
Il processo che Cohrs e il suo team hanno utilizzato, sfruttando il semplice software CAD e la stampa 3D, potrebbe consentire un'ampia disponibilità di cuori artificiali personalizzati.
Questi cuori, a loro volta, potrebbero durare più a lungo dei dispositivi di oggi - forse fino a 15 anni, e si spera per il resto della vita di un destinatario.
