Una nuova soluzione per l’alimentazione delle pompe cardiache

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Andreas Kourouklis ha ricevuto una Pioneer Fellowship dal Politecnico di Zurigo
Andreas Kourouklis ha ricevuto una Pioneer Fellowship dal Politecnico di Zurigo per sviluppare un nuovo sistema di cavi per pompe cardiache. (Immagine: Nici Lebküchner / ETH Zurigo)
Quasi un portatore su due di un sistema di supporto circolatorio deve fare i conti con le infezioni. Il motivo è lo spesso cavo di alimentazione. I ricercatori hanno ora trovato una soluzione al problema.

Molti pazienti in attesa di un cuore da donatore possono continuare a vivere solo con l’aiuto di una pompa collegata direttamente al cuore. Questa pompa richiede una potenza pari a quella di un televisore e viene prelevata da una batteria esterna attraverso un cavo spesso sette millimetri. Sebbene il sistema sia pratico e affidabile, ha un grande punto debole: nonostante le misure mediche, il punto di uscita del cavo sull’addome può diventare una porta per i batteri.

Se il ricercatore Andreas Kourouklis ha la meglio, questo problema sarà presto un ricordo del passato. Insieme al professore dell’ETH Edoardo Mazza e ai medici del German Heart Centre di Berlino, l’ingegnere ha sviluppato un nuovo sistema di cavi che fornisce elettricità alla pompa cardiaca senza causare infezioni. Questo è particolarmente importante perché i metodi di trasmissione wireless dell’elettricità non saranno disponibili per i pazienti nel prossimo futuro. Kourouklis ha ricevuto una Pioneer Fellowship dal Politecnico di Zurigo per far progredire la tecnologia.

Fili sottili con crateri sostituiscono i cavi spessi

"Il cavo spesso dei sistemi di supporto circolatorio esistenti crea una ferita aperta che non guarisce e compromette gravemente la qualità di vita del paziente", spiega Kourouklis. Intorno al punto di uscita si forma un tessuto cicatriziale con scarsa circolazione, che non solo compromette la capacità della pelle di guarire da sola, ma aumenta anche il rischio di infezioni. Poiché gli strati esterni della pelle aderiscono male alla superficie liscia del cavo, crescono verso il basso. Questo permette ai batteri di penetrare dalla superficie della pelle negli strati più profondi del tessuto. Di conseguenza, i pazienti devono regolarmente affrontare infezioni che devono essere trattate in ospedale.


Una tecnologia sviluppata dai ricercatori guidati da Andreas Kourouklis dovrebbe ora fornire un rimedio: invece di un cavo spesso e più rigido della pelle umana, diversi fili sottili e flessibili con una superficie curva e irregolare dovrebbero garantire l’alimentazione della pompa cardiaca. I ricercatori paragonano il loro approccio a quello dei capelli umani che sfondano la pelle senza causare infezioni: "Fili più flessibili con una superficie piena di piccoli crateri irregolari favoriscono la guarigione delle ferite nella pelle", spiega Kourouklis. Il motivo: gli strati più esterni della pelle aderiscono meglio a questi fili e non crescono verso il basso. Il nuovo tessuto si forma più rapidamente e la pelle rimane intatta come barriera contro le infezioni batteriche.

Legocce d’acqua creano piccoli crateri

Per creare i crateri sulla superficie del cavo, i ricercatori guidati da Kourouklis e dal professor Mazza dell’ETH hanno sviluppato un nuovo processo. Ciò consente di creare disegni molto piccoli e irregolari su superfici non piatte, cosa che in precedenza non era possibile.

Il metodo, attualmente in fase di brevetto presso il Politecnico di Zurigo, funziona come segue: I ricercatori rivestono i fili flessibili con un sottile strato di silicone e li raffreddano a meno 20 gradi Celsius. In questo modo la superficie diventa modellabile. I fili vengono quindi posti nella camera di condensazione, dove piccole gocce d’acqua vengono pressate nello strato di silicone fluido, creando crateri irregolari. Kourouklis, borsista del Pioneer, spiega: "Possiamo modificare la posizione dei crateri attraverso l’umidità e la temperatura della camera di condensazione".

La sfida è che i crateri non devono essere né troppo grandi né troppo piccoli: Se sono troppo grandi, i batteri possono insediarvisi e il rischio di infezione aumenta. Se invece sono troppo piccoli, la pelle non vi aderisce e cresce verso il basso: anche in questo caso il rischio di infezione aumenta. Si tratta di un classico problema di ottimizzazione che Kourouklis e il suo team stanno cercando di risolvere utilizzando modelli computerizzati ed esperimenti.

I primi test confermano un minor rischio di infezione

Kourouklis e i suoi colleghi hanno effettuato i primi test su colture di cellule cutanee. Solo successivamente sono stati impiantati in una pecora sia il nuovo sistema di cavi che il vecchio cavo spesso. I risultati hanno reso il ricercatore ottimista: mentre i cavi spessi con superficie liscia provocavano gravi infiammazioni, i cavi sottili e flessibili causavano solo lievi reazioni infiammatorie. Nessuna pecora ha subito lesioni permanenti durante gli esperimenti.

Inoltre, la pelle delle pecore ha aderito meglio ai nuovi cavi e non è cresciuta verso il basso rispetto ai cavi spessi. Di conseguenza, i cavi sottili con crateri non hanno causato infezioni nelle ferite di uscita degli animali.

Kourouklis sta attualmente lavorando con tecnici medici e cardiochirurghi per migliorare il sistema di cavi. Il suo obiettivo è portare la tecnologia sul mercato il prima possibile. Tuttavia, prima che il nuovo sistema di cavi possa essere utilizzato nei pazienti cardiopatici, sono ancora necessari una serie di test su modelli cutanei, animali e infine sull’uomo.

Programma Pioneer Fellowship

Il Pioneer Fellowship è un programma di sostegno completo che offre ai pensatori innovativi le condizioni ideali per lanciare le loro attività imprenditoriali. Il programma è rivolto principalmente ai dottorandi, ma è aperto anche a studenti di master e postdoc. I borsisti pionieri ricevono una borsa di studio di 150.000 franchi svizzeri nell’arco di 12-18 mesi, oltre a un tutoraggio e a una formazione completi. I borsisti sono ospitati presso l’ieLab per tutta la durata del programma. Le borse Pioneer sono finanziate congiuntamente dalla Fondazione ETH e dal Politecnico di Zurigo.


Questo progetto specifico è stato finanziato dalla Fondation Alcea e da Innosuisse e fa parte del progetto esterno Zurich Heart call_made della Medicina Universitaria di Zurigo.

Letteratura di riferimento

Kourouklis A, - Kaemmel J, - Wu X, - Potapov E, - Cesarovic N,- Ferrari A, - Starck C, - Falk V, - Mazza E. Sistemi di pelle conduttiva per il trasferimento di energia in applicazioni cliniche, European Biophysics Journal 51(2), doi: 10.3929/ethz-b-000505294 .

Kourouklis A, - Kaemmel J, - Wu X, - Banos M, Chanfon A, de Brot S,- Ferrari A, - Cesarovic N , Falk V, - Mazza E. Transdermal wires for improved integration in vivo, Biomaterials Advances Volume 153, October 2023, doi: external page 10.1016/j.bioadv.2023.213568 call_made.
Pompe cardiache