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L'ultimo cuore artificiale: in parte mucca, in parte macchina
Un nuovo tipo di cuore artificiale che combina materiali sintetici e biologici, nonché sensori e software per rilevare il livello di sforzo del paziente e regolare di conseguenza la potenza, sarà testato su pazienti in quattro centri di cardiochirurgia in Europa e Medio Oriente. Se il dispositivo bioprotesico, realizzato dall'azienda parigina Carmat , si dimostra sicuro ed efficace, potrebbe essere somministrato a pazienti in attesa di trapianto di cuore. Attualmente, solo un cuore completamente artificiale, realizzato da Tucson, con sede in Arizona SynCardia , ha l'approvazione normativa statunitense, canadese ed europea per l'uso nei pazienti.
Cardiocyborg: Questo rendering mostra le valvole biologiche nella parte superiore del cuore artificiale di Carmat.
I tentativi di sostituire completamente il cuore umano con un dispositivo protesico sono iniziati decenni fa (vedi CPR per il cuore artificiale). È estremamente difficile creare un dispositivo in grado di resistere alle dure condizioni del sistema circolatorio del corpo e di pompare in modo affidabile 35 milioni di volte all'anno, come fa il cuore. Anche altre complicazioni, come l'ictus causato da coaguli di sangue negli impianti cardiaci artificiali, hanno causato battute d'arresto. Per questi motivi, i cuori completamente artificiali in genere servono come misura temporanea o come ponte per il trapianto, sebbene la FDA abbia ha recentemente concesso un'esenzione per uso umanitario per uno dei cuori artificiali di SynCardia per i pazienti attualmente non idonei per un cuore donatore.
Ma la grande necessità di un trattamento salvavita nei pazienti con insufficienza cardiaca ha spinto gli investigatori, sia nel mondo accademico che nell'industria privata, a cercare di costruire un cuore artificiale migliore. Circa 5,7 milioni di persone negli Stati Uniti soffrono di insufficienza cardiaca in un dato momento, secondo i Centri per il controllo e la prevenzione delle malattie . In questi pazienti, le capacità di pompaggio del cuore sono diventate così deboli da non poter fornire abbastanza ossigeno e sostanze nutritive al corpo. A volte l'insufficienza è limitata a un lato del cuore e può essere trattata con un impianto che aumenta il flusso ma non sostituisce completamente il cuore. Ma nei casi in cui entrambi i lati del cuore stanno fallendo, un paziente avrà bisogno di un trapianto di cuore. E con la domanda di trapianti di cuore che supera di gran lunga le donazioni, i pazienti possono aspettare anni per un donatore di cuore, mentre altri potrebbero non essere del tutto ammissibili a causa di altri problemi di salute.
Un cuore artificiale può fornire un ponte salvavita mentre un paziente aspetta un trapianto. I chirurghi hanno impiantato un cuore artificiale SynCardia in oltre 1.000 pazienti. L'aria viene pompata dal sistema di controllo esterno (che si è recentemente evoluto da un grande driver da 418 libbre a a pilota da 13,5 libbre indossabile ) attraverso tubi che si collegano attraverso la pelle al dispositivo. Soffi d'aria espandono due piccoli palloncini all'interno di ciascuna camera del cuore artificiale, che spinge il sangue fuori dalla protesi.
Nel design di Carmat, due camere sono divise ciascuna da una membrana che trattiene il fluido idraulico su un lato. Una pompa motorizzata muove il fluido idraulico dentro e fuori le camere e quel fluido fa muovere la membrana; il sangue scorre attraverso l'altro lato di ciascuna membrana. Il lato della membrana rivolto verso il sangue è costituito da tessuto ottenuto da una sacca che circonda il cuore di una mucca, per rendere il dispositivo più biocompatibile. L'idea era di sviluppare un cuore artificiale in cui le parti mobili che sono in contatto con il sangue sono fatte di tessuto che è [più adatto] per l'ambiente biologico, dice Piet Jansen, direttore medico di Carmat.
Ciò potrebbe rendere i pazienti meno dipendenti dai farmaci anticoagulanti. Il dispositivo Carmat utilizza anche valvole realizzate con tessuto cardiaco bovino e dispone di sensori per rilevare l'aumento della pressione all'interno del dispositivo. Tali informazioni vengono inviate a un sistema di controllo interno che può regolare la portata in risposta all'aumento della domanda, ad esempio quando un paziente si sta esercitando.
Il sistema è stato sviluppato grazie alla collaborazione tra i sistemi aerospaziali e di difesa europei e Alain Carpentier, un cardiochirurgo che ha aperto la strada alla riparazione delle valvole cardiache.
È un dispositivo brillante; Mi preoccupo solo delle dimensioni e della durata meccanica, dice William Cohn , cardiochirurgo presso il Texas Heart Institute di Houston. Con il compito di pompare 100.000 volte o più al giorno, la maggior parte dei cuori artificiali non dura più di qualche anno, afferma Cohn. Un dispositivo che dura da due a tre anni è, nella migliore delle ipotesi, un palliativo per il trapianto.
Il dispositivo di Carmat è solo uno dei tanti cuori artificiali in fase di sviluppo in tutto il mondo. Cohn e colleghi hanno testato un altro tipo di cuore artificiale che non genera un battito cardiaco, ma pompa continuamente il sangue attraverso il corpo. La speranza è che un cuore a flusso continuo, anche se molto diverso dall'organo naturale, eviti il rischio di cedimenti meccanici che incombe sui cuori artificiali a flusso pulsante.
Recentemente, il Istituto del cuore del Texas ha reclutato l'ingegnere australiano Daniel Timms per portare il suo nuovo cuore artificiale a flusso continuo a Houston. Il dispositivo è piccolo, non pulsa e ha un'unica parte mobile: un rotore a levitazione magnetica che sfoggia due giranti, una che spinge il sangue dal corpo nei polmoni per essere riossigenato e l'altra per spingere il ricco di ossigeno sangue nel corpo. La semplicità del design, che secondo Cohn dovrebbe resistere all'usura meccanica, contrasta con il complesso cuore artificiale di Carmat, che contiene molte parti mobili. Ma il sistema di Timms è lontano anni dall'essere testato sui pazienti e sarà testato prima sui vitelli.