Una nuova soluzione per l'alimentazione delle pompe cardiache

Molti pazienti in attesa di un cuore da donatore possono continuare a vivere solo con l'aiuto di una pompa collegata direttamente al cuore. Questa pompa ha bisogno di una potenza pari a quella di un televisore, che attinge da una batteria esterna attraverso un cavo di sette millimetri di spessore. Sebbene il sistema sia pratico e affidabile, ha un grande punto debole: nonostante le misure mediche, il punto di uscita del cavo sull'addome può diventare una porta per i batteri.

Se la ricerca all'ETH di Andreas Kourouklis è di suo gradimento, questo problema sarà presto un ricordo del passato. Insieme al professor Edoardo Mazza dell'ETH e ai medici del Centro tedesco per il cuore di Berlino, l'ingegnere ha sviluppato un nuovo sistema di cavi che fornisce elettricità alla pompa cardiaca senza causare infezioni. Questo è particolarmente importante perché i metodi di trasmissione wireless dell'elettricità non saranno a disposizione dei pazienti nel prossimo futuro. Kourouklis ha ricevuto una Pioneer Fellowship dall'ETH di Zurigo per far progredire la tecnologia.

Fili sottili con crateri sostituiscono i cavi spessi

"Il cavo spesso dei sistemi di supporto circolatorio esistenti crea una ferita in apertura che non guarisce e compromette gravemente la qualità della vita del paziente", spiega Kourouklis. Intorno al punto di uscita si forma un tessuto cicatriziale con scarsa circolazione, che non solo compromette la capacità della pelle di guarire da sola, ma aumenta anche il rischio di infezioni. Poiché gli strati esterni della pelle aderiscono male alla superficie liscia del cavo, crescono verso il basso. Ciò consente ai batteri di penetrare dalla superficie della pelle negli strati più profondi del tessuto. Di conseguenza, i pazienti devono regolarmente affrontare infezioni che devono essere trattate in ospedale.

Una tecnologia sviluppata dai ricercatori dell'ETH guidati da Andreas Kourouklis dovrebbe ora fornire un rimedio: invece di un cavo spesso e più rigido della pelle umana, diversi fili sottili e flessibili con una superficie curva e irregolare dovrebbero garantire l'alimentazione della pompa cardiaca. I ricercatori paragonano il loro approccio a quello dei peli umani che sfondano la pelle senza causare infezioni: "Fili più flessibili con una superficie piena di piccoli crateri irregolari aiutano la pelle a guarire le ferite", dice Kourouklis. Il motivo: gli strati più esterni della pelle aderiscono meglio a questi fili e non crescono verso il basso. Il nuovo tessuto si forma più rapidamente e la pelle rimane intatta come barriera contro le infezioni batteriche.

Le gocce d'acqua creano piccoli crateri

Per creare i crateri sulla superficie del cavo, i ricercatori guidati da Kourouklis e l'ETH Mazza hanno sviluppato un nuovo processo. Ciò consente di creare modelli irregolari molto piccoli su superfici non piane, cosa che in precedenza non era possibile.

Il metodo, attualmente in fase di brevetto presso l'ETH di Zurigo, funziona come segue: I ricercatori rivestono i fili flessibili con un sottile strato di silicone e li raffreddano a meno 20 gradi Celsius. In questo modo la superficie diventa modellabile. I fili vengono quindi collocati nella camera di condensazione, dove piccole gocce d'acqua vengono pressate nello strato di silicone fluido, creando crateri irregolari. Kourouklis, borsista dei pionieri, spiega: "Possiamo cambiare la posizione dei crateri Chi siamo, grazie all'umidità e alla temperatura della camera di condensazione".

La sfida è che i crateri non devono essere né troppo grandi né troppo piccoli: Se sono troppo grandi, i batteri possono insediarsi al loro interno e il rischio di infezione aumenta. Se invece sono troppo piccoli, la pelle non vi aderisce e cresce verso il basso: anche in questo caso il rischio di infezione aumenta. Si tratta di un classico problema di ottimizzazione che Kourouklis e il suo team stanno cercando di risolvere utilizzando modelli ed esperimenti al computer.

I primi test confermano un minor rischio di infezione

Kourouklis e i suoi colleghi hanno effettuato i primi test su colture di cellule cutanee. Solo successivamente sono stati impiantati in una pecora sia il nuovo sistema di cavi che il vecchio cavo spesso. I risultati rendono ottimista l'ETH: mentre i cavi spessi con superficie liscia provocavano gravi infiammazioni, i cavi sottili e flessibili causavano solo lievi reazioni infiammatorie. Nessuna pecora ha riportato lesioni permanenti durante i test.

Inoltre, la pelle delle pecore ha aderito meglio ai nuovi cavi e non è cresciuta verso il basso rispetto ai cavi spessi. Di conseguenza, i cavi sottili con crateri non hanno causato infezioni nelle ferite di uscita degli animali.

Kourouklis sta attualmente lavorando con tecnici medici e cardiochirurghi per migliorare il sistema di cavi. Il suo obiettivo è portare la tecnologia sul mercato il prima possibile. Tuttavia, prima che il nuovo sistema di cavi possa essere utilizzato nei pazienti cardiopatici, sono ancora necessari una serie di test su modelli cutanei, animali e infine sull'uomo.