Immagine, Credito: Università Brown / Fudan / Soochow.
I ricercatori hanno progettato un nuovo tipo di cerotto cardiaco adesivo che può essere posizionato direttamente sul cuore e può aiutare a ridurre lo stiramento del muscolo cardiaco che spesso si verifica dopo un infarto.
ll cerotto, ottenuto da un materiale idrogel a base acquosa, è stato sviluppato utilizzando simulazioni al computer della funzione cardiaca per mettere a punto le proprietà meccaniche del materiale. Uno studio condotto sui ratti ha dimostrato che il cerotto era efficace nel prevenire il rimodellamento del ventricolo sinistro, un allungamento del muscolo cardiaco che è comune dopo un infarto e può ridurre la funzione della camera di pompaggio principale del cuore.
La ricerca, pubblicata su Nature Biomedical Engineering, è il risultato di una collaborazione tra i ricercatori della School of Engineering della Brown University, i ricercatori di cardiologia dell’Università di Fudan e gli scienziati che si occupano dei materiali dell’Università di Soochow.
“Parte del motivo per cui è difficile per il cuore recuperare dopo un attacco di cuore è che deve continuare a pompare“, ha detto Huajian Gao, un Professore di ingegneria presso la Brown e co-autore dell’articolo. “L’idea è di fornire un supporto meccanico al tessuto danneggiato, che si spera dia una possibilità di guarire“.
“Ricerche precedenti avevano dimostrato che i cerotti meccanici potevano essere efficaci”, dicono i ricercatori,”ma nessuno aveva fatto alcuna ricerca su quali potrebbero essere le proprietà meccaniche ottimali di una tale patch. Di conseguenza, lo spessore e la rigidità dei potenziali cerotti variano ampiamente. E ottenere le proprietà giuste è importante”, dice Gao.
“Se il materiale è duro o rigido, puoi limitare il movimento del cuore in modo che non possa espandersi al volume necessario”, ha affermato. “Ma se il materiale è troppo morbido, non fornirà abbastanza supporto, quindi abbiamo bisogno di alcuni principi meccanici che ci guidano”.
I ricercatori hanno sviluppato un modello computerizzato di un cuore pulsante che ha catturato le dinamiche meccaniche del cuore stesso e del cerotto quando è stato fissato all’esterno del cuore. Yue Liu, uno studente laureato alla Brown che ha guidato il lavoro di modellazione, afferma che il modello aveva due componenti chiave.
“Una parte consisteva nel modellare la funzione cardiaca normale – l’espansione e la contrazione“, ha detto Liu. “Poi abbiamo applicato il nostro patch all’esterno per vedere come influenza la funzione cardiaca e per assicurarci che non limitasse il cuore. La seconda parte è stata quella di modellare come il cuore si rimodella dopo infarto miocardico, per capire quanto supporto meccanico era necessario per evitare quel processo”.
Con queste proprietà in mano, il team si è rivolto al laboratorio di biomateriali di Lei Yang, ora Professore alla Soochow University e all’Università tecnologica di Hebei in Cina. Yang e il suo team hanno sviluppato un materiale idrogel ricavato da un amido alimentare che poteva corrispondere alle proprietà del modello. La chiave del materiale è che è viscoelastico, nel senso che combina proprietà fluide e solide. “Ha proprietà fluide fino a una certa quantità di stress, a quel punto si solidifica e diventa più rigido. Ciò rende il materiale ideale sia per accogliere il movimento del cuore sia per fornire il supporto necessario”, dicono i ricercatori.
Il materiale è anche economico (un pezzo costa meno di un centesimo) e facile da realizzare e gli esperimenti hanno dimostrato che non è tossico. Lo studio sui roditori alla fine ha dimostrato che è efficace nel ridurre il danno post- infarto.
“Il cerotto fornisce supporti meccanici pressoché ottimali dopo un infarto miocardico (cioè morte massiva di cardiomiociti)”, ha affermato Ning Sun, ricercatore di cardiologia presso l’Università Fudan in Cina e coautore dello studio. “Ha mantenuto una migliore gittata cardiaca e quindi notevolmente ridotto il sovraccarico di quei cardiomiociti rimanenti e il rimodellamento cardiaco avverso”.
I marcatori biochimici hanno dimostrato che il patch ha ridotto la morte cellulare, l’accumulo di tessuto cicatriziale e lo stress ossidativo nei tessuti danneggiati dall’infarto.
Sono necessari ulteriori test, ma i risultati iniziali sono promettenti per l’uso finale negli studi clinici sull’uomo.
