Un 3D

Aug 02, 2023

Il cuore è un organo complesso con uno scopo semplice: pompare il sangue dentro e poi pomparlo fuori.

Lo fa attraverso una rete interconnessa di cellule cardiache rettangolari chiamate cardiomiociti che pompano il sangue nella parte superiore del cuore (attraverso gli atri) e fuori attraverso i ventricoli nella parte inferiore. Le cellule pacemaker sul cuore lo mantengono a una velocità compresa tra 60 e 100 battiti al minuto, a seconda della frequenza cardiaca basale della persona.

A causa della complessità del cuore, i tentativi di stampare in 3D una versione del modello da utilizzare per i test antidroga, o addirittura di impiantarlo all’interno di una persona vivente, fino ad ora sono falliti.

I ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hanno annunciato un modello stampato in 3D di un ventricolo che batte con il proprio ritmo intrinseco quando stimolato con l’elettricità. Il trucco sta in un nuovo tipo di inchiostro Fiber-Infused Gel (FIG) progettato in modo che le fibre all'interno si connettano tra loro come fanno i cardiomiociti.

“L’inchiostro FIG è in grado di fluire attraverso l’ugello di stampa ma, una volta stampata la struttura, mantiene la sua forma 3D”, ha affermato Suji Choi, ricercatore associato presso SEAS, in un’intervista ad Harvard News. "Grazie a queste proprietà, ho scoperto che è possibile stampare una struttura simile a un ventricolo e altre forme 3D complesse senza utilizzare materiali di supporto o impalcature aggiuntivi."

Il nuovo inchiostro 3D è nato da un’idea di un ricercatore post-dottorato, Luke MacQueen, ma è stato sviluppato all’interno del laboratorio di Kevin Parker, capo del gruppo di biofisica delle malattie presso SEAS. La macchina consente la tessitura di un materiale in microfibra particolarmente delicato.

Choi ha utilizzato la macchina per creare un sottile foglio simile al cotone che ha spezzato in minuscoli segmenti, utilizzando le onde sonore, e ha aggiunto all'inchiostro idrogel. Nel corso del tempo, ha trovato il giusto rapporto tra inchiostro e segmenti di fibra, lunghi solo circa 100 micrometri. Con l'inchiostro giusto, ha stampato un ventricolo con fibre e cardiomiociti allineati come farebbero in un vero cuore.

Quando applicava una corrente elettrica “pacemaker”, il ventricolo si contraeva in un’onda coordinata.

"È stato molto emozionante vedere la camera effettivamente pompare in modo simile a come pompano i ventricoli cardiaci reali", ha detto Choi.

Ha perfezionato la struttura fino a quando non è riuscita a pompare un volume di fluido da 5 a 20 volte maggiore rispetto ai precedenti tentativi di cuori stampati in 3D, e il team vuole renderlo più spesso e più simile a un cuore.

Il vero cuore batte 100.000 volte al giorno, esercitando ogni volta più o meno la forza necessaria per stringere una pallina da tennis. In base al peso, il cuore ha il maggiore fabbisogno energetico di qualsiasi altro organo umano e fa affidamento su una serie di fonti di energia.

"Rispetto al cuore reale, il nostro modello di ventricolo è semplificato e miniaturizzato", ha detto Choi.

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