Grandi progressi nella medicina cardiovascolare: scoperto un innovativo materiale foto-responsivo, in grado di riprodurre le proprietà meccaniche del cuore umano.

Le malattie cardiache rappresentano una delle principali cause di morte nel mondo, per questo motivo il settore dell’ingegneria tissutale sta crescendo esponenzialmente.

In questo contesto, si colloca il recente studio pubblicato sulla rivista Circulation Research. Il lavoro è stato condotto dall’Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ino), in collaborazione con l’Università di Firenze e il Laboratorio europeo di spettroscopia non lineare (Lens). Il nuovo  biomateriale, scoperto grazie ad un approccio interdisciplinare, riproduce le proprietà meccaniche del cuore umano.

Verso il cuore artificiale

La combinazione di competenze in chimica dei materiali, ottica, fisiologia e medicina sperimentale, ha reso possibile la scoperta di materiali innovativi e intelligenti capaci di contrarsi, una volta stimolati con la luce. La funzione di questi materiali consiste nel mimare la contrazione del muscolo cardiaco, con il fine di realizzarne un primo prototipo di muscolo artificiale.

Il lavoro ha dimostrato che i materiali in questione sono potenzialmente in grado di aumentare la capacità contrattile del cuore.

Di che materiali parliamo esattamente?

Si tratta dei cosiddetti LCE (elastomeri cristallini liquidi) ossia polimeri biocompatibili in grado di cambiare forma in modo reversibile e generare movimento in risposta a un dato stimolo. La funzione degli LCE è dunque molto simile a quella del muscolo cardiaco vero e proprio.

Lo studio

Il lavoro è stato condotto preparando meccanicamente una tavolozza di LCE light-responsive a base di acrilato e biocompatibili, con diversa composizione molecolare. Successivamente si è andati a selezionare quello più conforme. Il materiale è stato in grado di contrarsi per alcune settimane, una volta attivato con intensità luminosa molto bassa all’interno di un ambiente fisiologico.

“Abbiamo progettato e sintetizzato una vera e propria “palette” di cristalli liquidi elastomerici capaci di contrarsi sotto stimolazione luminosa”, spiega Camilla Parmeggiani del Lens e Unifi. “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 nostro cuore.

I risultati finali

I risultati dello studio hanno superato quelle che erano le aspettative. I ricercatori hanno realizzato un materiale biocompatibile con caratteristiche molto simili al muscolo cardiaco. Gli LCE hanno infatti dimostrato una cinetica veloce e una tensione sistolica regolabile senza compromettere il rilassamento muscolare, per questo rappresentano materiali promettenti per assistere la funzione meccanica cardiaca.

Gli scienziati ritengono, infine, che questi materiali potrebbero essere utili nell’ambito della chirurgia cardiaca, lavorando in sostituzione o accoppiati al muscolo danneggiato, potrebbero essere impiegati in futuro per assistere efficacemente la funzione contrattile di un cuore malato.