Combinando un cuore biologico e una pompa robotica in silicone, i ricercatori hanno creato un cuore biorobotico che batte come quello reale, concentrandosi su una valvola sul lato sinistro del cuore. Il simulatore della valvola cardiaca, presentato il 10 gennaio sulla rivista Dispositivopuò imitare la struttura, la funzione e il movimento di un cuore sano o malato, consentendo a chirurghi e ricercatori di dimostrare vari interventi raccogliendo dati in tempo reale.
“Il simulatore ha un enorme vantaggio come strumento di ricerca per coloro che studiano diverse condizioni e interventi sulle valvole cardiache”, afferma l’autore senior e ingegnere biomedico Ellen Roche del Massachusetts Institute of Technology. “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.”
Prima che i nuovi interventi raggiungano gli esseri umani, vengono sottoposti a test rigorosi su simulatori cardiaci e su soggetti animali. Tuttavia, gli attuali simulatori cardiaci non catturano completamente 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 può colmare queste lacune come metodo meno costoso con una durata di mesi.
I ricercatori si sono concentrati sul rigurgito mitralico, un disturbo in cui la valvola tra le camere cardiache sinistre non si chiude correttamente, provocando una valvola cardiaca che perde dove il sangue può fluire all’indietro. Questa condizione, che colpisce circa 24,2 milioni di persone in tutto il mondo, può causare mancanza di respiro, gonfiore agli arti e insufficienza cardiaca. Data la complessità della struttura della valvola, gli interventi chirurgici per correggere il disturbo sono molto complessi, evidenziando la necessità di una tecnologia efficace e di tecniche chirurgiche precise.
Per comprendere meglio la valvola mitrale negli stati sani e malati, il team ha costruito un cuore biorobotico basato sul cuore di un maiale. I ricercatori hanno sostituito il muscolo cardiaco nella camera sinistra con un morbido sistema di pompa robotica in silicone azionato dall’aria. Quando gonfiato, il sistema torce e comprime il cuore come un vero muscolo cardiaco, pompando sangue artificiale attraverso un finto sistema di circolazione e simulando il battito di un cuore biologico.
Quando il team ha danneggiato la valvola mitrale nel cuore biorobotico, ha mostrato le caratteristiche di una valvola cardiaca che perde. Il team ha poi chiesto ai cardiochirurghi di correggere il danno con tre diverse tecniche: ancorare il tessuto del lembo valvolare con corde artificiali, sostituire la valvola con una valvola protesica e impiantare un dispositivo per aiutare la chiusura del lembo valvolare.
Tutte e tre le procedure hanno avuto successo, riportando alla normalità la pressione, il flusso e la funzione cardiaca. Il sistema ha inoltre consentito al gruppo di ricerca di raccogliere dati in tempo reale durante l’intervento chirurgico ed è compatibile con le attuali tecnologie di imaging utilizzate nelle cliniche. Poiché il sangue artificiale utilizzato nel sistema è limpido, consente anche la visualizzazione diretta della procedura. I risultati hanno dimostrato che il dispositivo è un nuovo modello di cuore.
“È stato davvero interessante per i chirurghi osservare ogni passaggio”, afferma Roche. “Quando lavori con i pazienti, non puoi visualizzare il processo perché c’è sangue nel cuore.” Prevede il loro modello di cuore come un ambiente realistico per la formazione e la pratica della cardiochirurgia.
Successivamente, il team mira a ottimizzare l’attuale sistema cardiaco biorobotico riducendo i tempi di produzione e allungando ulteriormente la durata di conservazione. Invece di usare un cuore di maiale, stanno anche esplorando la tecnologia di stampa 3D per ricreare un cuore umano sintetico per il sistema.
“Il nostro cuore biorobotico può contribuire a migliorare il ciclo di progettazione dei dispositivi, consentire iterazioni rapide, ottenere l’approvazione degli organismi di regolamentazione e lanciarli rapidamente sul mercato”, afferma Roche. “L’accelerazione e il miglioramento di questi processi alla fine andranno a beneficio dei pazienti.”
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
