Nuovo cuore su chip: innovazione nella lotta alle malattie cardiovascolari

Innovazione nel campo delle malattie cardiovascolari

Un gruppo di scienziati ha sviluppato un cuore tridimensionale su chip (HOC), un’innovazione che potrebbe rappresentare una svolta nella lotta contro le malattie cardiovascolari, la principale causa di morte a livello globale. Questa tecnologia affronta una delle sfide più significative della medicina moderna: testare come un cuore umano reagisca a farmaci o malattie senza mettere a rischio la vita di un paziente. Il cuore su chip è in grado di battere autonomamente, gestire il calcio per attivare l’attività muscolare e rispondere in modo prevedibile a farmaci comunemente utilizzati. Questo dispositivo rappresenta il primo esempio di una piattaforma dotata di un doppio sensore, capace di monitorare in tempo reale l’attività all’interno del tessuto cardiaco, fino al livello cellulare.

Dettagli dello studio sull’ingegneria dei tessuti cardiaci

In un recente studio pubblicato, un team di scienziati provenienti da diverse istituzioni canadesi ha illustrato i dettagli di questo significativo progresso nell’ingegneria dei tessuti cardiaci e nella sperimentazione farmacologica. L’innovazione principale risiede nell’integrazione di sensori avanzati, capaci di rilevare l’attività cardiaca sia su scala macroscopica che microscopica. Le attuali piattaforme di cuore su chip, così come le versioni precedenti sviluppate dal medesimo gruppo di ricerca, descritte in un articolo del 2024, non possedevano la capacità di effettuare un rilevamento cellulare ad alta risoluzione. Questa nuova tecnologia offre opportunità senza precedenti per la ricerca e la cura delle malattie cardiache.

Importanza del monitoraggio cellulare nelle malattie cardiovascolari

La capacità di monitoraggio su piccola scala è cruciale, poiché molte malattie cardiovascolari (CVD) sono correlate a disfunzioni nei cardiomiociti, le cellule contrattile che compongono il tessuto muscolare cardiaco, noto come miocardio. Pertanto, la misurazione della funzione cellulare diventa essenziale per prevenire l’insufficienza cardiaca nei pazienti affetti da CVD. Comprendere come le cellule cardiache rispondano a stimoli esterni è fondamentale per sviluppare trattamenti più efficaci e personalizzati. La ricerca in questo campo potrebbe portare a scoperte significative nella diagnosi e nel trattamento delle malattie cardiache.

Processo di creazione dei cuori su chip

Per realizzare i loro cuori su chip, i ricercatori hanno prelevato cellule muscolari cardiache e cellule del tessuto connettivo da ratti. Queste cellule sono state inserite in una matrice gelatinosa ricca di proteine fibrose e nutrienti, progettata per stimolarne la crescita. Successivamente, le cellule sono state seminate su minuscoli chip flessibili a base di silicio. All’interno di questi HOC, gli scienziati hanno integrato due tipologie di sensori. Per misurare le forze su scala macroscopica, i tessuti cardiaci ingegnerizzati sono stati collocati tra due pilastri elastici. Questi pilastri si deformano ad ogni battito cardiaco, e la misura della deformazione corrisponde alla forza contrattile generata all’interno del tessuto. Inoltre, microsensori flessibili a base di idrogel sono stati immersi nel tessuto stesso, consentendo di catturare le tensioni meccaniche locali a livello cellulare.

Implicazioni per la ricerca farmacologica

Questa innovazione rappresenta un passo significativo verso la comprensione delle patologie cardiache, poiché le forze generate dalle cellule influenzano il destino dei tessuti cardiaci, inclusi la loro formazione, il rimodellamento in vitro, l’efficienza contrattile, la guarigione delle ferite e la progressione di malattie come il cancro. I test in vitro condotti con questi HOC possono anche fornire informazioni preziose per gli interventi farmacologici. Pertanto, i ricercatori hanno esplorato la possibilità di utilizzare i loro cuori su chip per eseguire screening farmacologici, trattandoli con due composti ben noti. Il primo, la norepinefrina, nota anche come noradrenalina, è un ormone che attiva la risposta di “lotta o fuga” dell’organismo ed è comunemente utilizzato in ambito sanitario per aumentare l’attività cardiaca e mantenere la pressione sanguigna, anche in situazioni di arresto cardiaco.

Risultati e prospettive future

I risultati ottenuti hanno confermato le aspettative: i farmaci hanno agito come previsto, dimostrando che gli HOC possono prevedere come la generazione di forza cardiaca e i ritmi cardiaci rispondano a composti comuni. La possibilità di osservare in tempo reale la risposta del tessuto a diversi farmaci rappresenta un vantaggio significativo per lo sviluppo preclinico e la ricerca traslazionale, come sottolinea Ali Mousavi, primo autore dello studio e ingegnere biomedico presso l’Università di Montreal. In futuro, i ricercatori intendono simulare specifiche patologie cardiache costruendo tessuti utilizzando cellule prelevate da pazienti affetti da varie condizioni, tra cui la cardiomiopatia dilatativa e le aritmie.

Verso un modello di salute di precisione

Nel lungo termine, gli HOC potrebbero fornire ai medici uno strumento prezioso per selezionare i trattamenti più appropriati, eseguendo test sulle cellule del paziente stesso prima di prescrivere una terapia. Questa innovazione ci avvicina sempre di più a un modello di salute di precisione, come conclude Houman Savoji, autore senior e ingegnere meccanico e biomedico presso l’Università di Montreal. Questa ricerca, pubblicata nella rivista Nano Micro Small, contribuisce a un campo in continua evoluzione e promettente, aprendo nuove strade per la cura delle malattie cardiache e migliorando la qualità della vita dei pazienti.