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.
