Valutazione del potenziale di crescita delle valvole cardiache in tessuto ingegnerizzato
Nei pazienti con valvole cardiache disfunzionali vengono generalmente utilizzate valvole artificiali, quali le valvole meccaniche e le valvole biologiche. Ognuna di esse ha i propri pro e contro. La durata delle valvole biologiche attuali è limitata, in quanto non sono composte di tessuto vivente in grado di adattarsi e di auto-ripararsi. Sebbene le valvole meccaniche possano in linea di principio funzionare per un lungo periodo, richiedono una terapia anticoagulante per tutta la vita e non possono adattarsi ai cambiamenti dell’ambiente o dei requisiti corporei. Ciò limita l’uso delle sostituzioni valvolari nei pazienti pediatrici, che necessitano di reinterventi multipli allo scopo di adattarsi alla crescita somatica. Le TEHV hanno potenziale di crescita e rimodellamento, ma il loro uso nei pazienti, specialmente nei bambini, è limitato dalla scarsa comprensione della crescita dei tessuti e dei processi di rimodellamento nel cuore. Ciò si è reso evidente in molti studi preclinici in cui le TEHV hanno perso la loro funzionalità nel tempo a causa di un rimodellamento tissutale negativo. Il progetto G-Valve si è proposto di comprendere i meccanismi di crescita e rimodellamento nelle valvole cardiache naturali umane e di utilizzare tali comprensioni per prevedere il potenziale di crescita delle TEHV. Sono stati esplorati i meccanismi meccanobiologici (processi biologici stimolati da fattori meccanici) associati all’adattamento delle valvole integrando la meccanica del continuo avanzata e la biologia cellulare. Ciò ha consentito lo sviluppo di modelli predittivi di crescita valvolare. Modellamento dell’adattamento cardiovascolare «Per la nostra indagine sull’adattamento della valvola cardiaca nativa, abbiamo avuto accesso a un set di dati sperimentali davvero unico contenente le proprietà geometriche e materiali delle valvole cardiache aortiche e polmonari umane di varie età», afferma il dott. Loerakker, coordinatore del progetto G-Valve. Utilizzando l’analisi computazionale con modelli matematici e simulazioni al computer, in parte in collaborazione con la prof.ssa Ellen Kuhl dell’Università di Stanford, è stato scoperto che tutte queste valvole sembravano essere sottoposte a un grado di stiramento meccanico simile in condizioni di carico emodinamico specifiche per età e posizione. È importante sottolineare che questo risultato ha suggerito che le valvole cardiache umane native si adattano per preservare un certo stato di elasticità per tutta la vita, che funge da parametro meccanico omeostatico. G-Valve ha sviluppato ulteriormente un modello computazionale della via di segnalazione Notch, che svolge un ruolo essenziale nello sviluppo e nell’adattamento cardiovascolare. «Lo sviluppo di questo modello computazionale è stato più impegnativo di quanto ci aspettassimo e ha richiesto molto più tempo del previsto», aggiunge il dott. Loerakker. Utilizzando dati sperimentali che dimostravano la sensibilità delle proteine Notch ai segnali meccanici (meccanosensibilità) come input, il modello ha previsto che l’omeostasi tissutale potrebbe emergere o scomparire improvvisamente in seguito a determinati cambiamenti nella geometria dei tessuti. Questa scoperta ha fornito una spiegazione del perché e del modo in cui i tessuti cardiovascolari possono iniziare o smettere di crescere a seconda della comunicazione meccanosensibile tra cellula e cellula. I risultati di questo studio sono stati pubblicati nella rivista Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS). TEHV con crescita e funzionalità a lungo termine - Il futuro G-Valve ha prodotto dati computazionali relativi ai processi di segnalazione meccanosensibili tra cellula e cellula nello sviluppo e nell’adattamento dei tessuti. Questi sviluppi hanno fornito un punto di partenza per una direzione della ricerca completamente nuova. Il gruppo di ricerca è fiducioso che ciò consentirà la progettazione razionale di tessuti cardiovascolari ingegnerizzati in grado di crescere e rimodellarsi in linea con le richieste del paziente. Ciò, a sua volta, stimolerà l’eccellenza e la competitività europee nei campi della biomeccanica e dell’ingegneria tissutale e comporterà l’uso a lungo termine dei tessuti cardiovascolari ingegnerizzati in generale e delle TEHV in particolare.
Parole chiave
G-Valve, valvole cardiache, valvole cardiache in tessuto ingegnerizzato (TEHV), tessuti cardiovascolari, crescita e rimodellamento, modello computazionale, ingegneria tissutale, stiramento meccanico
