Cuore artificiale morbido sul banco di prova

Inconfondibile: quello che batte sembra un cuore vero. Questo è anche l'obiettivo del primo cuore artificiale morbido: avvicinarsi il più possibile alla formazione preliminare. Questo cuore in silicone è stato sviluppato da Nicholas Cohrs. È un dottorando del gruppo di Wendelin Stark, professore di ingegneria dei materiali funzionali all'ETH di Zurigo. Il motivo per cui la natura dovrebbe fare da formazione preliminare è ovvio: i cuori artificiali oggi esistenti presentano molti svantaggi. La meccanica è soggetta a malfunzionamenti. Inoltre, i cuori artificiali attualmente in uso non hanno il battito cardiaco, anche se non è ancora chiaro quali conseguenze potrebbe avere per l'organismo. "L'obiettivo deve quindi essere quello di sviluppare un cuore che abbia all'incirca le stesse dimensioni di quello di un paziente e che imiti il più possibile il cuore umano in termini di forma e funzione", afferma Cohrs.

Tuttavia, avere un cuore artificiale ben funzionante sarebbe più che necessario: circa 26 milioni di persone in tutto il mondo vivono con un'insufficienza cardiaca e i cuori di donatori scarseggiano. I cuori artificiali meccanici e i sistemi di supporto cardiaco vengono utilizzati per colmare i tempi di attesa dei pazienti gravemente malati fino a quando non ricevono un cuore da donatore o il cuore si riprende da solo.

Il cuore artificiale morbido è stato prodotto in silicone con una stampante 3D, pesa 390 grammi e ha un volume di 679 cm.³. "Si tratta di un monoblocco di silicone che ha un complicato funzionamento interno", spiega Cohrs. Come un vero cuore umano, anche questo cuore artificiale è composto da una metà destra e una sinistra. A differenza del cuore umano, però, queste non sono separate da un setto ma da una camera aggiuntiva. Questa è mossa dalla pressione dell'aria ed è necessaria per pompare il fluido fuori dalle camere del sangue, sostituendo così la contrazione muscolare del cuore umano.

Pensare in una nuova direzione

Anastasios Petrou ha testato se questo cuore artificiale funziona davvero. È un dottorando presso la cattedra di sviluppo e costruzione di prodotti del professor Mirko Meboldt dell'ETH. I giovani ricercatori hanno appena pubblicato i risultati del loro esperimento sulla rivista scientifica "Artifical Organs".

I ricercatori sono riusciti a dimostrare che il cuore artificiale morbido funziona in principio e si muove in modo molto simile alla sua controparte umana. Tuttavia, il cuore artificiale ha un problema: finora è stato in grado di sopportare solo circa 3.000 battiti, che corrispondono a un tempo di funzionamento di circa mezz'ora-tre quarti d'ora. Dopo di che, il materiale non è più in grado di sopportare lo sforzo. Cohrs spiega: "Questa prova è chiaramente un test di fattibilità. Il nostro obiettivo non era quello di presentare un cuore impiantabile, ma di pensare in una nuova direzione nello sviluppo di cuori artificiali". Naturalmente, la resistenza alla trazione e le prestazioni del materiale devono ancora essere migliorate in modo significativo.

Zurich Heart riunisce i ricercatori

Cohrs e Petrou si sono incontrati nell'ambito di Zurich Heart, un progetto di punta di Hochulmedizin Zürich. Questo progetto riunisce ricercatori di circa 20 gruppi di ricerca di varie discipline e istituzioni. Mentre alcuni lavorano al miglioramento delle pompe cardiache, ad esempio per ridurre i danni al sangue causati dall'azione meccanica della pompa, altri studiano membrane estremamente elastiche o superfici particolarmente biocompatibili. Tutto ciò avviene in stretta collaborazione con i medici di Zurigo e Berlino.

Anche questo sottoprogetto Zurich Heart ha beneficiato di un vivace scambio tra ricercatori. Gli ingegneri meccanici dell'ETH di Zurigo, che stanno migliorando le pompe cardiache, hanno sviluppato un modulo con cui possono simulare quasi perfettamente il sistema cardiovascolare umano. Per i loro test, i ricercatori hanno collegato il cuore in silicone a questo sistema, nel quale circola un fluido con una viscosità paragonabile a quella del sangue. "Il nostro sistema è probabilmente uno dei migliori al mondo al momento", afferma Petrou con orgoglio.

La ricerca sul cuore è un compito entusiasmante. Cohrs e Petrou vogliono certamente rimanere fedeli a questo campo di ricerca. "Come ingegnere meccanico, non avrei mai pensato di poter tenere tra le mani un cuore morbido. Ora sono così affascinato da questa ricerca che vorrei continuare a lavorare allo sviluppo di cuori artificiali", dice Petrou.