Creato un cuore biorobotico che batte come quello reale

Il modello è una sintesi tra tessuto cardiaco animale e componenti robotiche. Aiuterà a studiare più a fondo le patologie cardiache

Un team di scienziati ha realizzato una riproduzione biorobotica del cuore umano
Il prototipo è in grado di simulare il funzionamento sia di un cuore umano sano che di uno malato
Il cuore biorobotico è composto da tessuto cardiaco di maiale e muscoli morbidi robotici
Il simulatore pompa un fluido trasparente invece del sangue ed è collegato a strumenti che misurano il flusso sanguigno, la pressione sanguigna e altri parametri
Il cuore biorobotico può funzionare per mesi rispetto ai cuori animali studiati attualmente che hanno una funzionalità di poche ore

Per studiare e capire sempre più a fondo le patologie cardiovascolari i ricercatori fanno affidamento a modelli di cuore in azione. Studi sugli animali, modelli computerizzati e varie simulazioni di laboratorio, realizzate con campioni di tessuto cardiaco, possono fornire metodi di analisi e osservazione ma sono approcci costosi o limitati nella loro durata o privi della complessità che invece presenta un cuore reale.

L’unione di tessuti animali e componenti robotiche

Per superare queste difficoltà gli scienziati hanno sviluppato una replica biorobotica del cuore, in grado di simulare il funzionamento sia di un organo sano che di uno malato. Il simulatore combina tessuto cardiaco di maiale e muscoli morbidi robotici ed è stato descritto in due studi recenti.

«Immaginate un cuore che batte su un banco di laboratorio», ha affermato Ellen Roche, ingegnere biomedico presso il Massachusetts Institute of Technology e autrice dello studio. «Il simulatore, che pompa un fluido trasparente invece del sangue, è collegato a strumenti che misurano il flusso sanguigno, la pressione sanguigna e altro ancora. È anche personalizzabile: l’utente può modificare la frequenza cardiaca, la pressione sanguigna e altri parametri, quindi osservare come questi cambiamenti influenzano la funzione cardiaca in tempo reale, attraverso una fotocamera interna».

In vantaggi del simulatore biorobotico

Il simulatore replica accuratamente il modo in cui il sangue scorre attraverso il cuore, cosa che i simulatori da banco esistenti che utilizzano tessuto cardiaco morto non potrebbero fare. L’utilizzo del tessuto cardiaco vivo di un maiale, animato dalla robotica, ha garantito al team di Roche studi approfonditi (i cuori di maiale sono simili per dimensioni e disposizione ai cuori umani e sono spesso utilizzati nella ricerca.) Il nuovo simulatore ibrido può anche durare più a lungo di un organo vivo utilizzato da solo: mentre un cuore di maiale collegato a una pompa nel laboratorio continua a battere solo per poche ore, il team di Roche è riuscito a far funzionare i muscoli sintetici del simulatore per mesi.

I ricercatori hanno anche studiato il passaggio del sangue da una parte all’altra del cuore. Hanno ricreato il movimento sano del sistema prima di modellare una condizione in cui la valvola perde, chiamata rigurgito mitralico. Per dimostrare che il modello poteva essere utilizzato come simulazione accurata, il team ha chiesto ai cardiochirurghi di correggere la valvola con tre diversi interventi chirurgici.

Gli studi futuri

Successivamente il team ha modellato la meccanica del lato destro del cuore. «Il cuore destro è il muscolo più sottile e debole», afferma la coautrice dello studio Clara Park, «e non pompa così forte». Il simulatore del cuore destro può replicare sia il funzionamento sano che quello anomalo.

L’approccio biorobotico si basa su tessuti animali vivi, ma Roche sogna un cuore sintetico completamente stampato in 3D. Un organo del genere potrebbe essere molto più personalizzabile.

Potrebbe anche essere utilizzato per creare modelli specifici per il paziente che consentirebbero di avere una replica del proprio cuore pulsante, per avere cure e decisioni mediche personalizzate.