Un nuovo studio rivela un metodo di stampa 3D che crea valvole cardiache in pochi minuti

Sarah Motta e Christophe Chantre

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I ricercatori dell’Università di Harvard hanno sviluppato una valvola cardiaca sintetica che può essere prodotta in meno di 10 minuti utilizzando la stampa 3D. Hanno testato il prototipo nelle pecore, che hanno regolato con successo il flusso sanguigno per un'ora.

Quando le valvole cardiache vengono danneggiate o smettono di funzionare correttamente a causa di una malattia, il flusso del sangue nel corpo viene disturbato. Ciò potrebbe portare ulteriormente a problemi come ictus, aritmia e insufficienza cardiaca.

Quindi i medici sostituiscono le valvole cardiache danneggiate con valvole sintetiche. Ogni anno negli Stati Uniti oltre 100.000 persone vengono sottoposte a intervento chirurgico alle valvole cardiache.

Tali operazioni sono costose; attualmente, la produzione delle valvole sintetiche richiede mesi. I ricercatori affermano che la loro valvola stampata in 3D ha il potenziale per superare entrambe queste sfide.

Inoltre, può rimodellarsi. Quindi potrebbe avvantaggiare i pazienti (in particolare i bambini con malattia valvolare pediatrica) che devono sottoporsi a ripetuti interventi chirurgici sulla valvola poiché le dimensioni del loro cuore cambiano con l’età.

Sarah Motta, Michael Peters e Christophe Chantre

La valvola sintetica proposta comprende una rete di nanofibre a rete che si comporta come la matrice extracellulare supportando la crescita delle valvole cardiache naturali all’interno del nostro corpo.

La fabbricazione di queste nanofibre viene ottenuta utilizzando la filatura a getto rotante focalizzato (FRJS), una tecnologia di produzione additiva che consente di creare rapidamente scaffold in micro o nanofibre con allineamenti regolabili in 3D.

I ricercatori hanno prima creato un telaio a forma di valvola cardiaca e poi hanno utilizzato getti d’aria per spingere un polimero liquido nel telaio. Ciò ha portato allo sviluppo di una rete di nanofibre impeccabile: la valvola risultante ha un’impalcatura porosa dove le cellule possono venire e crescere.

Kit Parker, autore senior dello studio e professore di bioingegneria ad Harvard, ha spiegato ulteriormente: “Le cellule operano su scala nanometrica e la stampa 3D non può arrivare a quel livello, ma la rotazione a getto rotante focalizzata può inserire segnali spaziali su scala nanometrica in lì in modo che quando le cellule strisciano su quell'impalcatura, si sentono come se fossero in una valvola cardiaca, non in un'impalcatura sintetica."

I ricercatori affermano che, a differenza delle tecnologie attualmente esistenti, che potrebbero richiedere settimane o mesi per la produzione, possono far girare una valvola sintetica completa in meno di 10 minuti utilizzando il metodo sopra menzionato.

Inoltre, tali valvole potrebbero portare benefici ai bambini che soffrono di malattie delle valvole cardiache e necessitano di interventi chirurgici ripetitivi in ​​diverse fasi della loro vita.

"Purtroppo, le attuali protesi valvolari cardiache non crescono insieme al bambino. Le nostre valvole sono prodotte utilizzando fibre polimeriche biodegradabili che consentono alle cellule del paziente di attaccarsi e rimodellare l'impalcatura impiantata, costruendo infine una valvola nativa che può crescere e vivere con il bambino per tutto il tempo. la loro vita", notano i ricercatori.

Le valvole cardiache sintetiche sono note per la loro durata nel tempo e per la capacità di far superare ai pazienti miliardi di cicli di battito cardiaco. I ricercatori hanno condotto una serie di esperimenti per verificare se la loro valvola basata su FRJS potesse funzionare alla pari con le soluzioni esistenti.

Per prima cosa hanno testato la valvola con un duplicatore di impulsi (simulatore del battito cardiaco). La valvola si è aperta, chiusa, modificata e ha mantenuto la sua forma con successo più volte durante l'esperimento.

Successivamente, hanno coltivato le cellule cardiache sulla valvola per vedere se il materiale dell’impalcatura era sicuro per promuovere la crescita cellulare. Inoltre, "le valvole sono a diretto contatto con il sangue, quindi dobbiamo verificare che il materiale non causi trombosi o ostruzione dei vasi sanguigni", ha affermato Sarah Motta, prima autrice e scienziata traslazionale dell'Università di Zurigo.

Dopo aver testato l'elasticità, la resistenza e la sicurezza delle valvole, i ricercatori hanno voluto verificare se il prototipo della valvola funziona in un mammifero.

Lo studio suggerisce che il cuore delle pecore è simile al cuore umano e che le loro valvole sono costantemente sotto pressione a causa dell'aggressivo metabolismo del calcio del loro corpo, quindi gli autori hanno deciso di optare per modelli di pecore.