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NEW da CNR: Nuovi materiali intelligenti; un passo verso il cuore artificiale


Un approccio interdisciplinare ha reso possibile lo sviluppo di un innovativo materiale foto-responsivo, capace di riprodurre le proprietà meccaniche del cuore umano.

Infatti integrando le competenze in chimica dei materiali, ottica, fisiologia e medicina sperimentale presenti all’interno dell’Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (CNR-INO), dell’Università di Firenze (Unifi) e del Laboratorio europeo di spettroscopia non lineare (LENS), si sono sviluppati quei materiali innovativi capaci di contrarsi una volta stimolati con la luce.

In altri termini tali materiali sono stati implementati in modo da mimare la contrazione del muscolo cardiaco, con il fine di realizzarne un primo prototipo di muscolo artificiale.

Il lavoro, pubblicato sulla rivista Circulation Research, ha dimostrato che questi materiali sono potenzialmente in grado di aumentare la performance contrattile del cuore.

Secondo Camilla Parmeggiani del LENS e Unif è stata progettata e sintetizzata una vera e propria ‘palette’ di cristalli liquidi elastomerici capaci di contrarsi sotto stimolazione luminosa. Infatti questi materiali sono stati caratterizzati meccanicamente come se fossero dei muscoli, con l’obbiettivo di identificare quelli con le proprietà più simili a quelle del nostro cuore.


Materiale biocompatibile

I risultati sono andati oltre le aspettative. Il materiale biocompatibile può produrre livelli di forza paragonabili o superiori a quelli del muscolo nativo. Inoltre ne sono state replicate le proprietà cinematiche” ( Leonardo Sacconi del CNR-INO).

“Questa ricerca è estremamente importante nel contesto di numerose patologie cardiache, sia genetiche che acquisite”, conclude Cecilia Ferrantini di Unifi. “Ad esempio, dopo un infarto massivo o in presenza di una cardiomiopatia, il tessuto cardiaco viene irreversibilmente danneggiato. Di conseguenza il cuore riduce la sua funzione di pompa. Attualmente, in casi gravi, le alternative chirurgiche a disposizione sono estremamente limitate e invasive, con il trapianto cardiaco come unica soluzione a lungo termine. Invece abbiamo dimostrato come questi materiali, lavorando in sostituzione o accoppiati al muscolo danneggiato, potrebbero essere impiegati in futuro per assistere efficacemente la funzione contrattile di un cuore malato”.


Assistere la contrazione cardiaca

Le applicazioni della ricerca sono molteplici e riguardano diversi settori della medicina. Infatti, benché i materiali siano stati sviluppati per assistere la contrazione cardiaca, il loro utilizzo può essere esteso per assistere la funzione compromessa dei muscoli scheletrico e liscio, come ad esempio nel caso di distrofie muscolari, malattie neurodegenerative e lesioni spinali.

Roma, 24 maggio 2019

Chi: Cnr-Ino, Unifi, Lens

(articolo “Development of Light-Responsive Liquid Crystalline Elastomers to Assist Cardiac Contraction.”; Ferrantini C, Pioner JM, Martella D, Coppini R, Piroddi N, Paoli P, Calamai M, Pavone FS, Wiersma DS, Tesi C, Cerbai E, Poggesi C, Sacconi L, Parmeggiani C.
Circ Res. 2019 Apr 12;124(8):e44-e54. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.118.313889)

https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCRESAHA.118.313889


[1] European Laboratory for Non-Linear Spectroscopy

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