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Novel Imaging of the heart for new structural and metabolic diagnosis

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Immaginografia 3D non distruttiva per aiutare a guarire i cuori spezzati

Le malattie cardiovascolari sono responsabili, nella sola Europa, di oltre 4 milioni di morti ogni anno. Quasi l’80 % dei casi di malattie cardiovascolari è evitabile, ma richiede tecnologie innovative che offrano una diagnosi immediata e interventi accurati.

Salute

Attualmente, la diagnosi delle malattie cardiovascolari fa affidamento sulla valutazione dell’anatomia cardiaca macroscopica, della funzionalità globale del cuore e dei marcatori metabolici di tutto il corpo. Questo porta a un 20 % dei casi che riceve una diagnosi errata, e nei pazienti anziani fino al 60 % delle CVD che rimane non diagnosticato.

Studiare l’anatomia microscopica e il metabolismo del cuore

Con il supporto del programma Marie Skłodowska-Curie, il progetto ANATOMY-FOUND intendeva studiare gli eventi nello sviluppo delle CVD che si verificano prima che le patologie macroscopiche, usate abitualmente per la diagnosi, possano essere scoperte. Per ottenere questo, i medici specialisti necessitano di tecniche per immagini non invasive specifiche per i vari organi per esaminare l’anatomia microscopica e il metabolismo del cuore, che possano essere poi correlati alla funzionalità cardiaca. «I primi processi delle CVD spesso iniziano nelle cellule cardiache, prima di trasformarsi in una malattia dell’intero organo, ed è per questo che sono necessarie nuove tecnologie che forniscano un’anatomia microscopica 3D in alta risoluzione e una valutazione metabolica regionale specifica dell’organo», spiega Robert Stanley Stephenson, borsista Marie Skłodowska-Curie. Per studiare l’anatomia microscopica del cuore, i ricercatori hanno utilizzato la microtomografia computerizzata (micro-CT) a contrasto, una tecnica ex-vivo basata sui raggi X che usa un agente di contrasto a base di iodio. Questo aiuta a distinguere tra grasso, muscoli, sistema di conduzione del cuore e tessuto connettivo a risoluzioni spaziali che si avvicinano al livello della singola cellula. Usando questo approccio, i ricercatori hanno osservato per la prima volta il sistema di conduzione cardiaco in 3D, in cuori umani normali e congenitamente malformati. Inoltre, hanno studiato la disposizione delle catene dei miociti usando micro-CT e risonanza magnetica per immagini con tensore di diffusione (DT-MRI), e hanno dimostrato che l’orientamento dei miociti è modificato nei cuori malati. I dati di scansione hanno mostrato che il principale fattore che causa la deformazione miocardica, e quindi della funzione di pompa, non sono i cambiamenti nell’orientamento della catena dei miociti, ma la riorganizzazione delle unità aggregate di miociti. Una nuova tecnica per immagini metabolica in-vivo, che usa etichettato radioattivamente come sonda per immaginografia, ha mostrato nei cuori malati un ridotto potenziale metabolico aerobico con concomitante spostamento verso uno stato metabolico anaerobico indesiderato. È interessante notare che questa alterazione è in correlazione con un generico rimodellamento morfologico.

Impatto di ANATOMY-FOUND

Mediante innovative metodologie per immagini all’avanguardia e non distruttive 3D e 4D, ANATOMY-FOUND ha studiato con successo la struttura microscopica e la funzionalità del cuore sano e malato. I risultati forniscono una comprensione più precisa del sistema cardiaco di conduzione e del modo in cui questo viene rimodellato nei cuori congenitamente malformati. Dal momento che la conduzione cardiaca è il pacemaker biologico del cuore, è importante che i medici non danneggino queste cellule durante le operazioni chirurgiche o gli interventi. Fornendo un modello 3D preciso della conduzione cardiaca, ANATOMY-FOUND spera di rendere più sicure le operazioni chirurgiche. In vista di questo obiettivo, i partner del progetto hanno prodotto i primi cuori stampati in 3D fabbricati con miocardio trasparente e flessibile per raffigurare un sistema di conduzione cardiaco colorato. Questo approccio migliorerà la programmazione chirurgica e, si spera, ridurrà la mortalità e la morbilità in pazienti con cuori congenitamente malformati. I risultati del progetto suggeriscono che il deterioramento metabolico sia associato con il rimodellamento cardiaco e si possa manifestare come disfunzione di pompa e arresto cardiaco. Le tecniche per immagini metaboliche in-vivo usate in ANATOMY-FOUND hanno un grande potenziale come strumento per una tempestiva diagnosi delle CVD, e potrebbero anche diventare una tecnica comune di screening negli ambulatori. Come sottolinea il ricercatore Michael Pedersen: «ANATOMY-FOUND fornisce un potenziale nuovo approccio per diagnosticare le malattie cardiache prima di impiegare i tradizionali metodi basati sulla morfologia». La sua capacità di identificare i cambiamenti regionali nel cuore potrebbe anche spianare la strada in futuro a trattamenti mirati.

Parole chiave

ANATOMY-FOUND, malattia cardiovascolare (CVD), conduzione cardiaca, anatomia microscopica, miocita, rimodellare, risonanza magnetica per immagini con tensore di diffusione (DT-MRI), microtomografia computerizzata (micro-CT) a contrasto

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