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Storia del cuore artificiale, più di 50 anni d’innovazione

Diamo uno sguardo all'evoluzione del cuore artificiale, dai primi prototipi ai modelli più avanzati

La ricerca di un cuore totalmente artificiale è una sfida che coinvolge medici, scienziati ed ingegneri da ormai oltre mezzo secolo. A causa dell’elevato numero di persone che soffrono di patologie cardiache e della scarsa disponibilità di donatori diventa infatti sempre più necessaria l’esistenza di una “macchina” in grado di sostituire il cuore in tutte le sue funzioni. Negli ultimi anni la ricerca ha fatto notevoli passi avanti, rendendo questa possibilità sempre più concreta, ma quali sono, per così dire, gli “antenati” dei cuori che oggi vediamo impiantati in esseri umani? E come si sono evoluti nel corso degli anni?

Il pioniere Lindbergh e la prima pompa cardiaca

La ricerca sul cuore artificiale ebbe inizio nel 1935 quando l’ingegnere aeronautico Charles Lindbergh sviluppò la prima pompa a perfusione per consentire la circolazione del sangue durante gli interventi a cuore aperto. Insieme al chirurgo Alexis Carrel realizzò quello che i giornalisti dell’epoca ribattezzarono “cuore di vetro”, dimostrando come un meccanismo completamente realizzato dall’uomo fosse in grado di mantenere ugualmente in vita l’organismo, aprendo così la strada alla ricerca.

Pompa Lindbergh
Illustrazione della pompa a perfusione di Lindbergh Credits: charleslindbergh.com

Cuore artificiale Liotta-Cooley, il primo trapianto sull’essere umano

Bisogna però aspettare il 1969 per vedere un cuore artificiale impiantato per la prima volta sull’essere umano. L’operazione fu eseguita su un paziente di 47 anni che rimase in vita circa 3 giorni, finché non fu disponibile un vero cuore per il trapianto. Il dispositivo in questione, realizzato dai medici Domingo Liotta e Denton Cooley, è oggi conservato al Smithsonian, il complesso di musei più grande al mondo.

Cuore artificiale Liotta-Cooley
Cuore artificiale Liotta-Cooley Credits: Smithsonian

Un ulteriore passo verso il successo, il cuore Jarvik 7

Nel 1982 il fisico statunitense Robert Jarvik ideò un nuovo dispositivo costituito da due pompe in poliuretano alimentate da un compressore, pesante circa 180 kg, così ingombrante da impedire al paziente di lasciare l’ospedale in cui morì 112 giorni dopo l’intervento.

Jarvik 7 cuore artificiale
Jarvik 7 Credits: National museum of american history

In seguito all’enorme successo raggiunto, lo scienziato fondò la Jarvik HEART che in tempi recenti ha realizzato un nuovo dispositivo a ricarica wireless, il Jarvik 2000, impiantato per la prima volta nel dicembre 2018 in Kazakistan.

Il Cardio West di SynCardia, il primo approvato dall’FDA

Come riportato nell’American Journal of Cardiovascular and Thoracic Surgery, in seguito agli ottimi risultati ottenuti nei trial clinici eseguiti tra il 1993 ed il 2002, l’FDA (Food & Drug Administration) decise di approvare il commercio del Cardio West, oggi conosciuto con il nome SynCardia TAH. Il dispositivo è costituito da due ventricoli indipendenti, separati da un diframma in poliuretano, che controllano il flusso di sangue mediante quattro valvole a disco (SynHal). Nel corso degli anni questo dispositivo ha subito diverse modifiche per far fronte alle complicazioni post-operatorie e ai problemi di discomfort. L’aggiunta di un sistema portatile, il portable Freedom Driver, ha infatti concesso ai pazienti maggiori mobilità e sicurezza una volta dimessi dall’ospedale, mentre la realizzazione di un dispositivo dalle dimensioni ridotte, il SynCardia 50 cc, ha permesso il trapianto in pazienti dal torace più piccolo, come quello avvenuto a Padova nel 2015. Il cuore Syncardia, grazie alla sua elevata affidabilità, rimane uno dei cuori artificiali più impiantati al mondo, le statistiche mostrano infatti un tasso di sopravvivenza dopo l’intervento tra il 72 e l’86%.

AbioCor, il cuore artificiale ricaricabile attraverso la pelle

Nel 2001 fu per la prima volta impiantato il cuore AbioCor®, un dispositivo realizzato in poliuretano (Angioflex®) e Titanio, sviluppato dalla Abiomed Inc. Il sistema pulsatile elettroidraulico è in grado di pompare circa 8 L/min di sangue tramite l’azione di tre sottosistemi:

  • Il Sottosistema Impiantabile (Implantable Subsystem) costituito dall’Unità Toracica, destinata al pompaggio del sangue, dal controllore, da una batteria ed infine da una bobina a trasmissione transcutanea impiantabile (iTET), tutti collegati tramite cavi.
  • Il Sottosistema Esterno (External Subsystem) costituito da una console per il monitoraggio dei parametri, una bobina a trasmissione transcutanea esterna (eTET) e da un sistema a Radio Frequenza che permette la comunicazione tra il sottosistema impiantato e quello esterno.
  • Il Sottosistema Elettronico Portatile (Patient Carried Elettronics Subsystem) che contiene tutte le componenti necessarie per supportare il corretto funzionamento di AbioCor e che deve essere trasportato dal paziente durante le attività quotidiane. Anche in questo caso l’American Journal of Cardiovascular and Thoracic Surgery ha pubblicato i diversi risultati ottenuti in seguito al trapianto del dispositivo che si è però dimostrato inferiore al suo diretto concorrente della SynCardia.
AbioCor
Componenti di AbioCor Credits: Seminars in Thoracic and Cardiovascular Surgery

Carmat, una soluzione a lungo termine

Un altro dispositivo sviluppato recentemente, CARMAT artificial heart, ha mostrato risultati promettenti. Il sistema fortemente innovativo è basato su tre principi fondamentali:

  • Biocompatibilità: le superfici a contatto con il sangue sono totalmente realizzate con materiali biocompatibili, riducendo notevolmente il rischio di trombosi.
  • Pulsatilità: è costituito da due pompe idrauliche che mimano le fasi di diastole e sistole.
  • Auto-regolazione: è un cuore artificiale intelligente in grado di adattarsi ai bisogni fisiologici di ogni paziente.

Come spiega la rivista Diagnostic and Interventional Cardiology, il CARMAT è stato da poco approvato dall’FDA e si presenta come vera alternativa al trapianto.

Carmat cuore artificiale
Carmat TAH Credits: Carmat

La sfida per il futuro

Da questa breve rassegna dei principali dispositivi attualmente disponibili, è evidente che la ricerca corre veloce in tutto il mondo, seppur vada riconosciuto l’ennesimo esempio del primato made in USA. Se i primi prototipi erano ideati perlopiù per subentrare all’attività cardiaca fornendo circolazione assistita dall’esterno, oggi la nuova frontiera per la biotecnologia è rappresentata dallo sviluppo di dispositivi che mirano a sostituire permanentemente il cuore umano nella sua funzione di “pompa” dell’organismo. Tra questi, uno dei più promettenti è il cuore in silicone stampato in 3D su cui da anni è in corso una sperimentazione al Politecnico di Zurigo. La speranza per tutti i pazienti, ma non solo, è che in un futuro non troppo lontano possa diventare il degno sostituto di un cuore malandato.

Articolo a cura di Eleonora Folli.

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