Therepi: un nuovo modo di riparare un cuore danneggiato

Dopo che un paziente ha avuto un infarto, inizia una cascata di eventi che portano allo scompenso cardiaco. Danni alla zona del cuore dove un vaso sanguigno è stato bloccato porta a tessuto cicatriziale. In risposta alle cicatrici, il cuore si rimodellerà per compensare. Questo processo spesso termina in insufficienza ventricolare o valvolare.
Un team di ricercatori spera di fermare la progressione da infarto a insufficienza cardiaca con un piccolo dispositivo chiamato “Therepi”. Il dispositivo contiene un serbatoio che si attacca direttamente al tessuto cardiaco danneggiato. Una linea di ricarica collega il serbatoio a una porta sopra o sotto la pelle del paziente, dove le terapie possono essere iniettate dal paziente o da un operatore sanitario.
Un nuovo studio pubblicato su “Nature Biomedical Engineering” che coinvolge un team di ricercatori del MIT, Università di Harvard, Royal College of Surgeons in Irlanda, Trinity College di Dublino, Advanced Materials e BioEngineering Research Center e National University of Ireland Galway spiega come Therepi può essere utilizzato per ripristinare la funzione cardiaca.
“Dopo un attacco cardiaco potremmo usare questo dispositivo per fornire una terapia per evitare che un paziente provi insufficienza cardiaca”, spiega Ellen Roche, co-autrice dello studio e assistente professore al Dipartimento di ingegneria meccanica del MIT e all’Istituto di ingegneria e scienze mediche . “Se il paziente ha già un certo grado di insufficienza cardiaca, possiamo usare il dispositivo per attenuare la progressione.”
Due dei sistemi più comuni attualmente utilizzati per fornire terapie per prevenire l’insufficienza cardiaca sono inefficienti e invasivi. In un metodo, i farmaci vengono somministrati sistemicamente anziché essere somministrati direttamente al sito del danno. Il volume dei farmaci utilizzati deve essere limitato per evitare effetti collaterali tossici e spesso solo una piccola quantità raggiunge il tessuto cardiaco danneggiato.
“Da un punto di vista farmacologico, è un grosso problema che stai iniettando qualcosa che non rimane nel tessuto danneggiato abbastanza a lungo da fare la differenza”, dice William Whyte, co-autore e dottorando presso Trinity College Dublin e AMBER.
Il metodo alternativo prevede una procedura invasiva per iniettare direttamente terapie nel muscolo cardiaco. Poiché sono necessarie più dosi, questo richiede più interventi chirurgici invasivi.
Therepi affronta i problemi con gli attuali metodi di somministrazione di farmaci somministrando terapie localizzate e non invasive quante volte è necessario. Il serbatoio del dispositivo può essere impiantato sul cuore in un’unica procedura chirurgica.
Il serbatoio stesso ha un potenziale incredibile per la somministrazione di farmaci. Costruito da un polimero a base di gelatina, il serbatoio ha una forma semisferica con un fondo piatto attaccato al tessuto malato. Il fondo piatto è costituito da una membrana semi-permeabile che può essere regolata per consentire a più farmaci o materiali più grandi di passare direttamente nel tessuto cardiaco.
“Il materiale che abbiamo usato per costruire il serbatoio è stato fondamentale. Avevamo bisogno che si comportasse come una spugna in modo che potesse mantenere la terapia esattamente dove ne hai bisogno “, aggiunge Whyte. “Questo è difficile da realizzare poiché il cuore si stringe e si muove costantemente”.
Il serbatoio offre un’opportunità unica per la somministrazione di terapie con cellule staminali. Funziona come una fabbrica di celle. Piuttosto che passare attraverso la membrana nel cuore, le cellule rimangono all’interno del serbatoio dove producono fattori paracrini che promuovono la guarigione nel tessuto cardiaco danneggiato.
In un modello di ratto, il dispositivo ha dimostrato di essere efficace nel migliorare la funzione cardiaca dopo un attacco di cuore. I ricercatori hanno somministrato più dosi di cellule a un cuore danneggiato per un periodo di quattro settimane. Hanno poi analizzato i cambiamenti emodinamici nel tessuto utilizzando un catetere del volume di pressione e utilizzato l’ecocardiografia per confrontare i cambiamenti funzionali nel tempo.
“Abbiamo visto che i gruppi che avevano il nostro dispositivo avevano recuperato alcune funzioni cardiache”, spiega Claudia Varela, studentessa di dottorato presso la divisione Harvard-MIT di Scienze e tecnologie della salute.
I cuori che hanno ricevuto più dosi di cellule attraverso la terapia hanno avuto più funzione cardiaca rispetto a quelli che hanno ricevuto solo una singola iniezione o nessun trattamento.
Le capacità di Therepi vanno oltre il trattamento delle malattie cardiache. Poiché fornisce l’opportunità di somministrare più dosi localizzate, potrebbe essere utilizzato come strumento per identificare il dosaggio esatto appropriato per una serie di condizioni.
“Speriamo di utilizzare il dispositivo stesso come strumento di ricerca per saperne di più sul regime ottimale di caricamento del farmaco”, afferma Roche.
Per la prima volta, i ricercatori potrebbero avere l’opportunità di monitorare più ricariche di terapie localizzate nel tempo per aiutare a identificare i migliori intervalli di dosaggio e l’importo della dose.
“Come farmacista con la formazione, sono davvero entusiasta di iniziare a indagare quale sia la dose migliore, quando è il momento migliore per consegnare dopo un attacco di cuore, e quante dosi sono necessarie per ottenere l’effetto terapeutico desiderato”, aggiunge Whyte.
Mentre il team si è concentrato su come Therepi può mitigare gli effetti della cardiopatia, il dispositivo potrebbe essere utilizzato in altre parti del corpo. Ottimizzando il design e regolando i materiali utilizzati per costruire il serbatoio, Therepi potrebbe essere utilizzato per una vasta gamma di malattie e problemi di salute.
“Il dispositivo è davvero una piattaforma che può essere adattata ai diversi sistemi di organi e alle diverse condizioni”, afferma Varela. “È solo un ottimo esempio di come la ricerca intersezionale che esamina entrambi i dispositivi e le terapie biologiche possa aiutarci a trovare nuovi modi per curare le malattie”.