San Valentino gettato potrebbe dire che non esiste una cura per un cuore spezzato. Ma l'aiuto è in arrivo per coloro i cui cuori reali sono in sofferenza, grazie a una suite innovativa di tecnologie che un giorno potrebbero avvantaggiare milioni di persone che soffrono di insufficienza cardiaca.
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Il cuore utilizza quattro camere per pompare il sangue in tutto il corpo: un atrio e un ventricolo su ciascun lato. Dopo che il sangue si è arricchito di ossigeno nei polmoni, viene inviato nell'atrio sinistro e attraverso il ventricolo sinistro in modo da poter essere pompato in tutto il corpo. Il sangue impoverito di ossigeno ritorna nell'atrio destro del cuore, quindi si sposta nel ventricolo destro e viene pompato nuovamente nei polmoni.
La maggior parte dei pazienti con trapianto di cuore è stata ricoverata più volte per grave insufficienza cardiaca perché uno o entrambi i lati del loro cuore non funzionano correttamente. Ciò è comunemente causato da danni ai muscoli cardiaci o alle valvole delle camere, malattie coronariche, condizioni ereditarie o infezioni virali.
Macchine per il cuore “indossabili”
Il cuore artificiale Jarvik-7 era fatto di poliuretano e ogni camera aveva le dimensioni di un pugno. (Bettmann / CORBIS) Solo da 2.000 a 2.500 cuori di donatori diventano disponibili ogni anno negli Stati Uniti, il che significa che migliaia di pazienti in condizioni critiche devono aspettare mesi o addirittura anni per un trapianto, se possono sopravvivere così a lungo. SynCardia Total Artificial Heart, erede della tecnologia utilizzata nei famosi dispositivi Jarvik degli anni '80, è di gran lunga il cuore artificiale più comunemente usato, con oltre 1.350 impianti di successo da quando è stato approvato per l'uso. Agisce come un ponte critico, consentendo ai pazienti che soffrono di insufficienza cardiaca biventricolare di stadio terminale di sopravvivere fino a quando non sarà disponibile un trapianto umano.
Fino a poco tempo fa, tuttavia, molte persone che utilizzavano il dispositivo SynCardia erano confinate in ospedale, perché i motori e l'elettronica del cuore sono alloggiati all'esterno del corpo in un dispositivo di comando grande e pesante. Il driver si collega al cuore artificiale con due tubi e crea un battito cardiaco artificiale riempiendo "palloncini" all'interno dei ventricoli artificiali del dispositivo. Ciò spinge il sangue fuori nel sistema circolatorio ad una velocità di 2, 5 galloni al minuto. Il sistema semplifica le parti mobili all'interno del cuore artificiale stesso, il che spiega, in parte, il suo tasso di fallimento estremamente basso inferiore all'1%.
Ma la qualità della vita ridotta per i pazienti bloccati in una stanza d'ospedale può fare la differenza. Quindi, dopo quattro anni di test, la FDA ha approvato il driver portatile Freedom a luglio 2014. In uso in Europa dal 2010, questo dispositivo consente ai pazienti di sostituire i conducenti ospedalieri delle dimensioni di una lavastoviglie con un'unità più piccola che pesa solo 13, 5 libbre. Può essere trasportato in uno zaino o portato su un carrello o un deambulatore. L'unità funziona con batterie agli ioni di litio e può essere ricaricata collegando una presa a muro standard o un caricabatterie per auto, consentendo ai pazienti di tornare a casa e vivere una vita relativamente normale in attesa di trapianti.
Quanto può aiutare il dispositivo un ricevente cardiaco artificiale? Considera il caso di Randy Shepherd: da adolescente, il suo cuore era stato danneggiato dalla febbre reumatica e i suoi due ventricoli non potevano più pompare abbastanza sangue per tenerlo in vita. Shepherd ha ricevuto il cuore di SynCardia nel giugno 2013. Meno di un anno dopo, Shepherd ha usato la sua unità Freedom per completare una camminata di 6 miglia come concorrente a Pat's Run vicino a Phoenix, in Arizona.
"Anche se non mi sento necessariamente fonte d'ispirazione, sento [che] mostrare alle persone ciò che è possibile è importante, che la vita non finisce con una cattiva diagnosi medica", ha scritto poco dopo l'evento in un Reddit Ask Me Anything. Shepherd, noto come "Tin Man", ha ricevuto un trapianto di cuore da donatore nell'ottobre 2014 dopo aver vissuto con il suo cuore artificiale per 15 mesi e ipotizza che l'attività fisica di cui è stato in grado di godere con l'unità Freedom potrebbe anche aver aumentato le sue probabilità di una ripresa riuscita.
Parte macchina, parte mucca
Un cuore artificiale CARMAT. (CARMAT) Per la maggior parte dei pazienti, un cuore SynCardia è pensato per essere un punto fermo fino a quando non è disponibile un calore da donatore. L'obiettivo più impegnativo è progettare una soluzione permanente.
In Francia, i ricercatori stanno usando un mix di componenti artificiali e biologici per fare proprio questo. Il cuore artificiale CARMAT è costituito da due camere divise a metà da una membrana. Un lato ospita un sistema di pompaggio di motori e fluidi, che sposta la membrana per forzare il sangue dall'altro lato verso l'esterno nel sistema circolatorio. I sensori e i controlli microelettronici monitorano la pressione e regolano le portate in base all'attività del paziente, consentendo ad esempio alla frequenza cardiaca di adattarsi all'esercizio.
La superficie della membrana rivolta verso il sistema di pompaggio è realizzata in poliuretano, mentre il rovescio a contatto con il sangue umano è stato realizzato con tessuti di cuori di mucca. Anche le valvole artificiali del cuore sono realizzate in tessuto di mucca e i progettisti sperano che questi materiali biologici sterilizzati chimicamente allevino i problemi che hanno afflitto i cuori artificiali del passato. Ad esempio, l'incompatibilità del corpo con i materiali sintetici può distruggere i globuli rossi o innescare la coagulazione.
Il primo destinatario del cuore CARMAT, un uomo di 76 anni malato terminale, ha ricevuto l'impianto nel dicembre 2013 e è morto nel marzo dell'anno successivo. Il secondo paziente a cui è stato applicato il dispositivo ha lasciato l'ospedale universitario di Nantes il 19 gennaio armato di una batteria esterna portatile leggera. L'uomo ha ricevuto il cuore l'estate scorsa nell'ambito di una sperimentazione clinica.
"La nostra più grande ricompensa è stata la gioia del paziente non solo di recuperare un livello di attività impensabile solo pochi mesi fa grazie alla bioprotesi, ma soprattutto di essere in grado di vivere una vita reale a casa con la famiglia e gli amici", capo CARMAT L'amministratore delegato Marcello Conviti ha dichiarato in una nota stampa.
Vivere senza un battito cardiaco
Oltre ai rischi di rigetto biologico, un grosso problema per i progettisti di cuori artificiali è stato quello di abbinare l'incredibile durata del design di Madre Natura. Un cuore umano sano deve pompare circa 35 milioni di volte l'anno, un carico di lavoro incredibile che gli ingegneri hanno avuto difficoltà a soddisfare con qualsiasi dispositivo.
I ricercatori del Texas Heart Institute stanno affrontando quel problema con una corsa al limite, creando un cuore che non batte affatto, ma fornisce invece un flusso continuo di sangue. Il loro concetto di cuore artificiale totale BiVACOR ha alle spalle una storia comprovata. Quando entrambi i lati del cuore falliscono, diventa necessario un trapianto. Ma se solo una parte non sta pompando correttamente, il cuore può essere trattato con impianti che aumentano il flusso. I dispositivi di assistenza ventricolare sinistra (LVAD) sono impianti a flusso continuo che aumentano i cuori malati con una girante a rotazione costante che spinge il sangue attraverso il corpo, a volte rilevando la maggior parte o quasi tutta la produzione di pompaggio del cuore umano. Più di 20.000 persone attualmente sfoggiano questi aiutanti del cuore simili a turbine.
Cercando di espandere questa tecnologia alla sostituzione del cuore intero, i ricercatori hanno progettato un dispositivo con una sola parte mobile: un rotore con due pale che gira all'interno di una piccola camera di titanio. Una lama più piccola forza il sangue attraverso la camera destra verso i polmoni, mentre una più grande lo sposta dalla camera sinistra al sistema circolatorio e attraverso il corpo. Il rotore è sospeso da campi magnetici, il che riduce ulteriormente l'usura eliminando l'attrito. La tecnologia MAGLEV controlla la rotazione delle pale in base al livello di attività dell'utente.
Il cuore BiVACOR è una delle poche opzioni abbastanza piccole da poter essere impiantate in un bambino, un progresso chiave rispetto ad altri sforzi artificiali che possono essere troppo ingombranti anche per gli adulti più piccoli. Come tutte le tecnologie del cuore artificiale fino ad oggi, il sistema ha potenziali svantaggi. La sostituzione del pompaggio naturale con un'elica sottopone il sangue a un po 'di schiuma che può favorire emorragie interne, colpi o altre complicazioni. Ma il concetto ha almeno una storia di successo iniziale.
Una versione precedente di BiVACOR era stata impiantata in un paziente malato terminale, Craig Lewis, presso il Texas Heart Institute nel marzo 2011. Lewis viveva per sei settimane prima di morire di insufficienza epatica e renale correlata alle sue condizioni cardiache, che era così terribile che nessuna corrente il trattamento avrebbe offerto una durata più lunga. Ma dimostrò che era possibile sopravvivere più a lungo di quanto si credesse possibile con il semplice ronzio di un'elica nel suo petto.
