Nuovo materiale riproduce le proprietà meccaniche del cuore

Un team di ricerca composto da membri dell’Istituto Nazionale di Ottica del CNR (CNR-INO), dell’Università di Firenze e del Laboratorio Europeo di Spettroscopia Non Lineare ha messo a punto dei cristalli liquidi biocompatibili e foto-responsivi capaci di contrarsi a seguito di uno stimolo luminoso.

Camilla Parmeggiani

Camilla Parmeggiani, ricercatrice dell’Università di Firenze, ha spiegato: «abbiamo progettato e sintetizzato una vera e propria palette di cristalli liquidi elastomerici capaci di contrarsi sotto stimolazione luminosa. Questi materiali sono stati caratterizzati meccanicamente come se fossero dei muscoli, con l’obiettivo di identificare quelli con le proprietà più simili a quelle del cuore umano».

Uno tra questi, in particolare, sembra mimare le capacità meccaniche del cuore, come affermato da Leonardo Sacconi del CNR-INO: «abbiamo realizzato un materiale biocompatibile che può produrre livelli di forza paragonabili o superiori a quelli del muscolo nativo, replicandone le proprietà cinematiche».

Leonardo Sacconi

Nel dettaglio, dopo aver individuato il materiale più promettente, i ricercatori lo hanno testato stimolandone la contrazione con luce a bassa intensità.
Il materiale è restato contrattile per alcune settimane. Inoltre, i ricercatori ne hanno modulato la contrazione modificando l’intensità luminosa, la frequenza dello stimolo e il rapporto ton/toff per individuare la combinazione che permettesse una contrazione simile a quella del muscolo cardiaco umano.
Fatto ciò, le fibre del materiale sono state affiancate in parallelo a trabecole cardiache e, stimolate, ne sostenevano e miglioravano la funzione sistolica, senza impattare su quella diastolica. Si tratta quindi di un primo, importante passo verso la costituzione di un cuore artificiale che potrebbe salvare la vita a molte persone.

Cecilia Ferrantini

Cecilia Ferrantini dell’Università di Firenze, ha spiegato le implicazioni della ricerca: «questo studio è estremamente importante nel contesto di numerose patologie cardiache, sia genetiche sia acquisite.
Per esempio, dopo un infarto massivo o in presenza di una cardiomiopatia, il tessuto cardiaco viene irreversibilmente danneggiato e il cuore riduce la sua funzione di pompa. Attualmente, in casi gravi, le alternative chirurgiche a disposizione sono estremamente limitate e invasive, con il trapianto cardiaco come unica soluzione a lungo termine.
Abbiamo dimostrato che questi materiali, lavorando in sostituzione o accoppiati al muscolo danneggiato, potrebbero essere impiegati in futuro per assistere efficacemente la funzione contrattile di un cuore malato».

Come detto, la palette di materiali sviluppati era ricca: ecco quindi che tra questi se ne possono trovare di adeguati a lavorare in sostituzione al muscolo liscio, per esempio, o a quello striato scheletrico, per creare fibre artificiali da utilizzare anche su soggetti con distrofie muscolari, per esempio, ma anche lesioni spinali e malattie degenerative.
Lo studio (Development of Light-Responsive Liquid Crystalline Elastomers to Assist Cardiac Contraction; Ferrantini C, Pioner JM, Martella D, Coppini R, Piroddi N, Paoli P, Calamai M, Pavone FS, Wiersma DS, Tesi C, Cerbai E, Poggesi C, Sacconi L, Parmeggiani C. Circ Res. 2019 Apr 12;124(8):e44-e54) è stato pubblicato sulla rivista Circulation Research.

Stefania Somaré

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