Un cuore artificiale che non batte

All'inizio di questo mese, il primo cuore artificiale completamente impiantabile è stato approvato dalla Food and Drug Administration. Porta speranza ai pazienti che sono vicini alla morte per insufficienza cardiaca; tuttavia rimangono alcuni grossi problemi con esso, vale a dire le sue grandi dimensioni e la durata della vita relativamente breve.

HeartMateII è un dispositivo di assistenza cardiaca a flusso continuo. Il cardiochirurgo Bud Frazier e il suo team stanno lavorando con due di questi dispositivi per sviluppare un cuore artificiale a flusso continuo. (Per gentile concessione: Texas Heart Institute)

Un nuovo concetto per un cuore artificiale potrebbe risolvere alcuni di questi problemi. Ma la sua architettura innovativa senza impulsi potrebbe anche sollevare problemi.

I cuori artificiali funzionano pompando sangue deossigenato dal corpo ai polmoni. Il dispositivo quindi pompa il sangue ossigenato attraverso il corpo. Il dispositivo appena approvato, chiamato AbioCor, prodotto da Abiomed con sede nel Massachusetts, utilizza un sistema di pompaggio idraulico impiantato per simulare un battito cardiaco naturale. Ma un design alternativo, ideato da O.H. Bud Frazier, un importante cardiochirurgo e pioniere nello sviluppo di dispositivi cardiaci presso il Texas Heart Institute di Houston, pompa il sangue attraverso il corpo continuamente, piuttosto che con il battito periodico del cuore normale.

Le pompe che funzionano secondo questo principio, note come pompe a flusso continuo, sono già in uso clinico come parte dei dispositivi di assistenza ventricolare, che vengono impiantati in pazienti con alcune funzioni cardiache residue per aiutare la circolazione del sangue attraverso il corpo. (I cuori artificiali sostituiscono completamente il cuore.)

Le pompe a flusso continuo sono come piccole macchine turbo, afferma Tim Baldwin, direttore del programma delle tecnologie avanzate e del ramo di chirurgia del National Heart, Lung and Blood Institute di Bethesda MD. Sono più resistenti e ti consentono di realizzare dispositivi più piccoli.

Con il design a flusso continuo di Frazier per un cuore completamente artificiale, un cuore gravemente danneggiato viene rimosso e sostituito con due pompe a rotore che fanno circolare continuamente il sangue attraverso il corpo, assumendo completamente la funzione del cuore.

In esperimenti preliminari condotti negli ultimi due anni, Frazier e il suo team hanno impiantato coppie di dispositivi di assistenza ventricolare disponibili in commercio in vitelli a cui era stato rimosso il cuore. I ricercatori affermano che i dispositivi sono stati in grado di pompare sangue e rispondere ai bisogni degli animali in base alle loro attività. Metti questo nel bestiame e loro si alzano, muggiscono e mangiano e si chiedono perché tutti li guardino in modo così strano, dice William Cohn, un collaboratore della ricerca e direttore della tecnologia chirurgica minimamente invasiva presso il Texas Heart Institute. Vedi una mucca che scodinzola e dici, wow, questo è il futuro del cuore artificiale.

Il più grande vantaggio delle pompe a rotore o assiali è che sono piccole e relativamente semplici. Il cuore AbioCor, ad esempio, è così grande che può essere impiantato solo in persone con grandi cavità toraciche, il che lo rende inappropriato per la maggior parte delle donne. Le pompe assiali hanno le dimensioni di un pollice adulto e possono pompare più sangue di un cuore normale, afferma Frazier.

Le pompe a flusso continuo sono anche più durevoli, grazie alla semplicità del loro design: l'unica parte mobile è il rotore. Altre pompe funzionano bene, ma ci sono molte parti mobili, quindi sono soggette a usura meccanica, afferma Cohn. Il tempo più lungo in cui il cuore AbioCor ha funzionato negli studi clinici è stato di 18 mesi, mentre i dispositivi a flusso continuo sono stati progettati per funzionare per 10 o più anni.

Frazier afferma anche che le pompe a flusso continuo sono in grado di rispondere meglio alle mutevoli esigenze di sangue del corpo. Se stai camminando, più sangue viene pompato di nuovo al cuore e il cuore pomperà automaticamente di più, dice. Se la pressione su un lato della pompa aumenta, il flusso attraverso il dispositivo aumenta automaticamente, consentendo alla pompa di rispondere come un cuore nativo, afferma Frazier.

Ma per quanto riguarda l'impatto a lungo termine di vivere senza polso? Questa domanda è oggetto di vivace dibattito nella comunità dei dispositivi cardiaci. Akif Undar, medico e ricercatore cardiaco presso la Penn State University, afferma che il polso è importante per portare il sangue a tutti i piccoli capillari che alimentano gli organi. Penso che vedresti danni agli organi negli animali con un cuore [non pulsante], dice. Altri, come Yukihiko Nose del Baylor College of Medicine, affermano che gli studi sugli animali condotti dal suo gruppo mostrano che i dispositivi a flusso continuo possono essere sicuri quanto i dispositivi che utilizzano una pompa con un impulso.

Frazier e il team mirano a rispondere a questa domanda in modo più definitivo con esperimenti sugli animali a lungo termine, in attesa di finanziamenti per il progetto. (Gli esperimenti più lunghi che i ricercatori hanno condotto finora sono durati 20 giorni.) Il team sta anche progettando pompe specializzate su misura per l'uso come cuori artificiali, con rotori che rispondono in modo più efficiente ai cambiamenti di flusso. Molto lavoro deve essere fatto prima che questo possa essere preso in considerazione per l'applicazione clinica, avverte Baldwin dell'NHLBI.

Non è ancora chiaro chi sarebbero i primi candidati per il cuore senza polso, se si dimostrasse sicuro ed efficace negli studi sugli animali. Poiché la tecnologia del cuore artificiale è ancora così rischiosa, l'attuale approvazione della FDA per il cuore AbioCor limita il dispositivo ai pazienti con insufficienza cardiaca che non sono idonei per il trapianto e che probabilmente morirebbero entro un mese. Cohn spera che in futuro la tecnologia del cuore artificiale diventi molto più sicura e più facile da usare, ampliando il potenziale bacino di pazienti. Non mi sorprenderebbe se alle Olimpiadi del 2050 ci fossero divisioni [concorrente] standard e modificate, dice.

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