Fornitura di energia cellulare per i cardiostimolatori
Il cuore umano batte ritmicamente grazie a un gruppo specializzato di cellule cardiache o fibre muscolari cardiache conosciute come il pacemaker che letteralmente regola il ritmo del battito. I pacemaker artificiali hanno delle batterie che attualmente devono essere sostituite dopo periodi che vanno dai cinque ai sette anni con un’operazione invasiva e delicata. Riuscire a evitare questa procedura per una popolazione che invecchia è stato l’impulso dietro al progetto RABBITCELLPSU (“The development of an implantable cellular power supply based on rabbit cardiac cells”), finanziato dall’UE. Il team ha sfruttato l’energia di miociti cardiaci (cellule muscolari) in vita per creare il progetto di un nuovo tipo di batteria. I miociti cardiaci sono lunghe cellule con una struttura estremamente organizzata. Allo scopo di confinare le cellule in specifiche regioni canale è stato prodotto un dispositivo microfluidico con una nanostruttura ben definita. Per prima cosa gli studiosi hanno usato delle cellule cardiache primarie per verificare il sistema, confermando il ruolo significativo delle caratteristiche topografiche nell’omogeneità e nella periodicità del battito dei gruppi di cellule. Il team ha quindi usato delle nanofibre elettrofilate con collagene come impalcature del tessuto per incoraggiare la crescita tissutale lungo orientamenti di preferenza. In seguito gli scienziati hanno sviluppato gli strumenti per fare in modo che le cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) si differenzino in miociti cardiaci. Le iPSC sono cellule staminali adulte che sono state geneticamente riprogrammate, rendendole simili alle cellule staminali embrionali. Esse rappresentano un metodo valido per ottenere la “de-differenziazione” di cellule provenienti da adulti e per poi produrre tessuti che sono una copia quasi perfetta per ridurre al minimo il rigetto da parte del sistema immunitario. Si è dimostrato che i risultanti miociti cardiaci formano del tessuto funzionale attraverso i dispositivi microfluidici o impalcature. Riuscire a sfruttarli per la produzione di energia mediante una risposta piezoelettrica è il prossimo passo. Nanotubi di ossido di zinco e nanofibre elettrofilate ottenute da polivinilidenfluoruro, o PVDF, sono entrambi presi in considerazione quali promettenti materiali piezoelettrici. Tutto il lavoro preparatorio necessario per produrre i componenti cellulari ed elettrici richiesti, unitamente ai sistemi di verifica e misurazione necessari, sono al loro posto. Il laboratorio sta ora studiando regolarmente i miociti cardiaci e, in particolare, il loro uso come dispositivi di alimentazione. Una volta pronta, la batteria cellulare produrrà un impatto notevole sulla qualità di vita di milioni di persone che necessitano dell’impianto chirurgico di un pacemaker artificiale.
Parole chiave
Fornitura energia cellulare, cardiostimolatori, piezoelettrico, cellule cardiache, miociti cardiaci
