Modello virtuale del cuore – un insieme biologico, elettrico e meccanico
La modellizzazione multiscala consentirebbe ai ricercatori di studiare i cambiamenti dal livello molecolare a quello sistemico, permettendo l’analisi e la selezione dei trattamenti adatti. Questo potrebbe aiutare i medici a evitare una strategia basata su tentativi ed errori per il trattamento delle cardiopatie e agevolare un approccio terapeutico sistemico e personalizzato supportato da simulazioni. Gli scienziati impegnati nel progetto VHEART (Virtual heart models: Multi-physics approaches to computational cardiology) hanno lavorato per rappresentare i meccanismi bio-elettro-meccanici complessi nel funzionamento e nelle malattie del cuore. Ciò potrebbe permettergli di monitorare i cambiamenti strutturali e funzionali nel tessuto necrotico dopo un arresto cardiaco. I ricercatori hanno utilizzato un insieme di algoritmi degli elementi finiti incondizionatamente stabili per creare un approccio a singolo o duplice dominio per la propagazione dello stimolo elettrico nel muscolo cardiaco. Inoltre, hanno sviluppato un modello chimic-elettrico-meccanico associato per prevedere l’interazione dei campi chimici, elettrici e meccanici per tre scale biologiche durante il ciclo cardiaco. I modelli possono essere utilizzati per prevedere l’efficacia della nuova generazione di farmaci nonché del trattamento personalizzato su misura. Su un altro livello, la biochimica a livello cellulare può essere proiettata per dare un’immagine della funzione cardiaca globale. Il modello unidimensionale applicato al muscolo è stato generalizzato per l’impostazione 3D e raccoglie gli approcci a stress attivo e ceppo attiva in un unico quadro unificato. I ricercatori VHEART anticipano che questo approccio generalizzato può anche essere applicato al muscolo liscio, al muscolo scheletrico nonché al muscolo cardiaco. Questo dovrebbe fornire approfondimenti sull’accoppiamento eccitazione-contrazione sregolato in varie patologie, come ad esempio i disturbi del tratto intestinale e le malattie neurodegenerative. Per la cardiopatia in particolare, i ricercatori hanno studiato la morte tissutale, l’infarto nonché la rimodellizzazione cardiaca come risultato dello tress sul cuore. Le patologie includono l’aumento dello spessore della parete ventricolare e la dilatazione del ventricolo sinistro. Per quanto riguarda la parte elettrofisiologica, sono stati studiati la fibrillazione o il battico irregolare. In tutti i casi, vi era una forte somiglianza tra i risultati computazionali e i referti clinici. Il costo delle malattie cardiovacolari per la sola economia dell’UE ammonta a 192 miliardi di euro l’anno. Come parte della procedura clinica,la modellizzazione VHEART potrebbe migliorare gli esiti terapeutici tramite il selezionamento dei regimi di trattamento più adatti.
Parole chiave
Modello virtuale del cuore, cardiopatia, modellizzazione multiscala, muscolo cardiaco, regime di trattamento
