I bioingegneri di Trinity hanno sviluppato un prototipo di “cerotto” che fa lo stesso lavoro cruciale del tessuto cardiaco, resiste alle richieste meccaniche e imita le proprietà di segnalazione elettrica che permette al nostro cuore di pompare ritmicamente sangue al nostro corpo. Essenzialmente è un balzo in avanti per arrivare a un dispositivo funzionale che potrebbe riparare un cuore spezzato.
I cerotti cardiaci rivestiti con cellule cardiache possono essere applicati chirurgicamente per ripristinare il tessuto cardiaco nei pazienti a cui è stato rimosso il tessuto danneggiato dopo un infarto e per riparare nei neonati e nei bambini i difetti cardiaci congeniti. L’obiettivo finale è quello di creare cerotti privi di cellule, in grado di ripristinare il battito sincrono delle cellule cardiache, senza compromettere il movimento del muscolo cardiaco.
I bioingegneri sulla rivista Advanced Functional Materials hanno documentato la loro ricerca che ci avvicina a tale realtà. Michael Monaghan, professore ordinario d’ingegneria biomedica a Trinity, ha dichiarato:
«Le malattie cardiache nonostante alcuni progressi nel settore, rappresentano ancora un enorme onere per i nostri sistemi sanitari e la qualità della vita dei pazienti in tutto il mondo. Colpisce tutti direttamente o indirettamente attraverso la famiglia e gli amici. I ricercatori di conseguenza sono continuamente alla ricerca di sviluppare nuovi trattamenti che possono includere cellule staminali, iniezioni di gel biomateriale e dispositivi di assistenza. Il nostro è uno dei pochi studi che esamina un materiale tradizionale, attraverso un design efficace ci consente di imitare il movimento meccanico del cuore che può essere sostenuto ripetutamente. Ciò è stato ottenuto attraverso un nuovo metodo chiamato “Scioglimento dell’elettroerosione”: grazie alla stretta collaborazione con i fornitori nazionali, siamo stati in grado di personalizzare il processo in base alle nostre esigenze di progettazione».
La ricerca è stata eseguita nel Trinity Center for Biomedical Engineering, con sede presso il Trinity Biomedical Sciences Institute in collaborazione con Spraybase®, una consociata di Avectas Ltd. È stato finanziato da Enterprise Ireland attraverso l’Innovation Partnership Program (IPP).
Gillian Hendy, direttore di Spraybase® tra gli autori della ricerca, ha elogiato il team di Trinity per il lavoro completato e i progressi fatti sul sistema Spraybase® Melt Electrowriting (MEW). Il successo ottenuto dal team evidenzia le potenziali applicazioni di questa nuova tecnologia in campo cardiaco, in sintesi coglie i benefici della collaborazione industriale e accademica, attraverso piattaforme come l’IPP.
L’ingegnerizzazione di materiali sostitutivi per il tessuto cardiaco è una sfida, poiché si tratta di un organo in costante movimento e contrazione. Le esigenze meccaniche del muscolo cardiaco (miocardio) non possono essere soddisfatte utilizzando polimeri termoplastici a base di poliestere, essenzialmente sono le opzioni approvate per le applicazioni biomediche.
La funzionalità dei polimeri termoplastici potrebbe essere sfruttata dalla sua geometria strutturale. I bioingegneri hanno quindi iniziato a creare un cerotto che può controllare l’espansione di un materiale in più direzioni utilizzando un metodo di progettazione ingegneristica.
Il cerotto è stato fabbricato mediante elettrocrito per fusione – una tecnologia chiave di Spraybase® – che è riproducibile, accurata e scalabile. I cerotti sono stati inoltre rivestiti con il polipirrolo polimerico elettroconduttivo per fornire conducibilità elettrica mantenendo la compatibilità cellulare.
Il cerotto ha resistito ad uno stiramento ripetuto (è una preoccupazione dominante per i biomateriali cardiaci), ha mostrato una buona elasticità, per imitare accuratamente quella proprietà chiave del muscolo cardiaco.
Michael Monaghan ha detto:
«In sostanza, il nostro materiale risponde a molte esigenze. Il materiale sfuso attualmente è approvato per l’uso di dispositivi medici. Il modello supporta il movimento del cuore pompante, è funzionale per tenere conto della segnalazione tra tessuti contrattili isolati».
Dinorath Olvera ha aggiunto:
«I nostri cerotti elettroconduttivi supportano la conduzione elettrica tra tessuti biologici in un modello ex vivo, questi risultati rappresentano quindi un passo rilevante verso la generazione di un cerotto bioingegnerizzato in grado di riprodurre gli aspetti del tessuto cardiaco, vale a dire il suo movimento meccanico e la segnalazione elettrica».
