Le pompe artificiali sono dannose: ecco l’alternativa

Dieci milioni di persone in Europa soffrono di insufficienza cardiaca, o di un cuore debole. Un giorno, molti di loro potrebbero aver bisogno di un trapianto di cuore. Le pompe artificiali del cuore vengono spesso utilizzate come rimedio temporaneo in attesa del trapianto. Tuttavia, queste pompe hanno anche i loro inconvenienti. Le pompe artificiali del cuore possono nascondere alcuni problemi: i coaguli del sangue possono svilupparsi, provocando un ictus e il sistema immunitario può attaccare ciò che riconosce come estraneo. Per affrontare questo e altri problemi con i cuori artificiali, nel 2011 la University Medicine Zurich ha lanciato il progetto Zurich Heart in collaborazione con l’Università degli Studi di Zurigo, l’Università di Zurigo e l’ETH Zurigo.

Zurich Heart: l’innovazione delle pompe artificiali

Zurich Heart mira a perfezionare le pompe del cuore correnti e trovare soluzioni completamente nuove e originali. L’obiettivo del progetto è sviluppare un cuore artificiale completamente impiantabile. Circa 20 gruppi di ricerca in Svizzera e presso l’Istituto tedesco Heart Institute di Berlino hanno riunito le loro competenze per portare a termine questo obiettivo ambizioso.

«Vorremmo creare una pompa artificiale che funziona in modo simile al cuore umano e la sua superficie interna deve essere coperta con le cellule del paziente», spiega Edoardo Mazza, responsabile del laboratorio Integrity of Energy Systems di Empa, professore di ETH Zurigo e co-leader di Zurich Heart. Due squadre di Empa, una del settore delle biotecnologie e l’altra del settore tessile, stanno lavorando a questa pompa, che è “invisibile” al sistema di coagulazione del sangue e del sistema immunitario.

Il problema delle pompe artificiali attuali

Uno dei principali problemi delle pompe cardiache attuali è il fatto che il sangue può iniziare a coagulare quando va a contatto con le suddette. Possono formarsi coaguli di sangue, che vagano nel corpo e possono causare embolie. Se la superficie della pompa del cuore artificiale viene rivestita con un tessuto che il corpo percepisce come un ambiente “naturale”, i coaguli potrebbero essere fermati. E non solo: oltre ad ingannare il sangue, il rivestimento deve potersi attaccare alla pompa, altrimenti il tutto sarebbe inutile.

Si dovrebbero utilizzare i polimeri, fibre sottili più di un micrometro (milionesima parte del metro). Viene applicata una corrente elettrica tra la cannula e questa filettatura infinitesima. Grazie al campo elettrico creato, le filettature ruotano fino a formare un tessuto. Al tatto, risulta come un panno elastico. La membrana delle pompe artificiali deve essere elastica in tutte le direzioni.

Le cellule muscolari faranno da base

Le cellule si sentono particolarmente “a casa” se trovano una sottostruttura che ricorda delle strutture proprie del corpo – più specificamente, fibre collagene come il tessuto connettivo. «Dobbiamo utilizzare le cellule muscolari per produrre collagene in modo che le cellule endoteliali si attaccano in modo permanente», spiega un membro dello staff. «Se il tessuto è composto da due tipi di cellule, esse emettono segnali e quindi comunicano tra di loro. Questo mostra che le cellule endoteliali si stabilizzano sulla superficie e svolgono facilmente le loro funzioni naturali». Al fine di rendere particolarmente attraente le fibre elettrostatiche per le cellule, le fibre polimeriche dovrebbero essere funzionalizzate con peptidi di adesione cellulare. L’idea è che sia le cellule endoteliali che le fibre muscolari siano presentate con il loro ambiente naturale in modo che la struttura multistrato viva il più a lungo possibile.

Per simulare il corpo umano, sarà utilizzato un bioreattore.  La parete della pompa sintetica sviluppata dal consorzio di Zurich Heart, è esposta a condizioni “reali” insieme alla miscela di tessuto-tessile di Empa. Il reattore ricrea la situazione nel corpo umano, al posto del sangue ci sarà un liquido cellulare e saranno simulate le pulsazioni del muscolo cardiaco. Questo dovrebbe mostrare ai ricercatori se i materiali “camuffati” funzionano oppure no.

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