Gli elettrodi iniettabili potrebbero prevenire aritmie cardiache mortali / Injectable electrodes could prevent deadly heart arrhythmias

Gli elettrodi iniettabili potrebbero prevenire aritmie cardiache mortali / Injectable electrodes could prevent deadly heart arrhythmias

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

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 lontane

L'approccio mostra risultati promettenti nei maiali,

 ma le prove umane sono ancora lontane.

Gli attacchi di cuore e gli ictus provocati da una mancata accensione elettrica nel cuore sono tra i più grandi assassini del pianeta. Ora, i ricercatori hanno creato un "filo liquido" che, se iniettato nei cuori di maiale, può guidare gli organi ad un ritmo normale.

I risultati, presentati qui questa settimana in una riunione dell'American Chemical Society, sono "impressionanti e davvero interessanti", afferma Thomas Mansell, un ingegnere biomolecolare della Iowa State University che non è stato coinvolto nel lavoro. "È uno studio entusiasmante", concorda Usha Tedrow, elettrofisiologo cardiaco presso la Harvard Medical School, anche lui non coinvolto nel lavoro. Se i risultati si traducono in persone, dice, potrebbero salvare migliaia di vite ogni anno.

Le cellule "pacemaker" mantengono il ritmo cardiaco. Situati nella parte superiore dell'organo, producono un lieve impulso elettrico che viaggia verso il basso attraverso il muscolo cardiaco, facendo pulsare le quattro camere del cuore nel familiare battito "lub-dub" in due parti. Dopo un infarto o un'altra lesione, il tessuto cicatriziale nel muscolo cardiaco può impedire la propagazione efficiente dei segnali elettrici necessari. Il risultato sono spesso aritmie che possono far battere rapidamente il cuore o battere troppo lentamente, condizioni che possono portare ad un ictus o infarto.

I farmaci ed una procedura nota come terapia di ablazione, in cui alcune cellule del pacemaker vengono congelate o fritte, possono aiutare. Altri pazienti devono avere un defibrillatore impiantato. Se il dispositivo rileva un'aritmia, invia un potente impulso elettrico alla parte superiore del cuore per riportare il muscolo al ritmo normale. Può essere doloroso. "I pazienti non sanno mai quando rimarranno scioccati", afferma Elizabeth Cosgriff-Hernandez, ingegnere di biomateriali presso l'Università del Texas, Austin. Molti finiscono con ansia cronica e depressione.

I cardiologi vorrebbero utilizzare un elettrodo che fornisca un polso più lieve e potenzialmente meno doloroso, non solo nella parte superiore del cuore, ma anche nelle camere inferiori. Un'opzione consiste nell'infilare un sottile elettrodo di metallo attraverso una vena coronarica all'esterno del cuore per raggiungere le regioni centrali del cuore, dove può stimolare le camere inferiori del cuore. Ma le vene coronariche di molti pazienti sono troppo strette o hanno occlusioni parziali, il che lo rende impossibile.

Nella speranza di aggirare questo problema, Cosgriff-Hernandez ed i suoi colleghi hanno deciso di creare un gel liquido da iniettare per tutta la lunghezza di una vena coronarica. Il gel si indurirebbe quindi rapidamente in una plastica conduttiva e flessibile. (Il sangue che ritorna attraverso il cuore scorrerebbe poi attraverso altre vene.)

Per ottenere questo risultato, il gruppo ha creato un gel da due componenti: uno, chiamato poli(etere uretano diacrilammide) o PEUDAm, alla fine forma la plastica; l'altro, N-acriloil glicinamide, lega insieme le molecole di PEUDAm. Quando separate, entrambe le molecole sono liquide.

I ricercatori hanno quindi alimentato entrambi attraverso un catetere diviso ultrasottile che mantiene separati i liquidi e inserito il catetere in una vena coronarica nella parte superiore del cuore dei suini vivi. Il gruppo ha spinto i liquidi lungo la vena ed i suoi affluenti e ha rimosso il catetere. Una volta che i due liquidi si sono incontrati all'interno della vena, i composti hanno reagito in pochi minuti e si sono induriti in un filo flessibile.

“Ha funzionato la prima volta. È stato davvero emozionante", ha detto Cosgriff-Hernandez ai partecipanti alla riunione. Una serie di test ha dimostrato che i fili sono stabili, conduttivi e non tossici.

In un altro giro di test, gli scienziati hanno sfregiato parte del tessuto cardiaco dei maiali per assomigliare a esseri umani con danni al muscolo cardiaco. Hanno quindi iniettato il filo liquido e, dopo che si è indurito, lo hanno collegato a un tradizionale pacemaker cardiaco alimentato a batteria. Il pacemaker ha attivato un ritmo cardiaco quasi normale. Gli shock ad alta intensità che i pazienti ricevono oggi non possono eguagliare quella prestazione, afferma il membro del team Mehdi Razavi, cardiologo del Texas Heart Institute.

Introdurre questi fili flessibili potenzialmente salvavita nei cuori umani rimane una via d'uscita, afferma Cosgriff-Hernandez. Nota che prima che ciò accada, il gruppo deve testare i fili iniettabili in modelli animali di malattie cardiache. Tedrow aggiunge che il materiale dovrà anche dimostrarsi stabile e sicuro negli studi a lungo termine sugli animali prima che possano essere tentati esperimenti sull'uomo. Ma se ciò si rivelerà ugualmente efficace, potrebbe essere una grande vittoria per i ricercatori ed i pazienti di biomateriali, dice.  

ENGLISH

 Approach shows promise in pigs, but human trials are still a way off.

Heart attacks and strokes triggered by electrical misfiring in the heart are among the biggest killers on the planet. Now, researchers have created a “liquid wire” that, when injected into pig hearts, can guide the organs to a normal rhythm.

The results, presented here this week at a meeting of the American Chemical Society, are “impressive and really cool,” says Thomas Mansell, a biomolecular engineer at Iowa State University who was not involved with the work. “It’s an exciting study,” agrees Usha Tedrow, a cardiac electrophysiologist at Harvard Medical School, also not involved in the work. If the findings translate to people, she says, it could save thousands of lives each year.

“Pacemaker” cells keep the heart in rhythm. Located at the top of the organ, they produce a mild electrical pulse that travels down through the cardiac muscle, causing the heart’s four chambers to pulse in the familiar two-part “lub-dub” beat. After a heart attack or other injury, scar tissue in cardiac muscle can prevent the needed electrical signals from propagating efficiently. The result is often arrhythmias that can either cause the heart to flutter quickly or beat too slowly, conditions that can lead to a stroke or heart attack.

Medications and a procedure known as ablation therapy—in which some of the pacemaker cells are frozen or fried—can help. Other patients must have a defibrillator implanted. If the device detects arrhythmia, it sends a powerful electrical pulse to the top of the heart to shock the muscle back into normal rhythm. It can be painful. “Patients never know when they’ll be shocked,” says Elizabeth Cosgriff-Hernandez, a biomaterials engineer at the University of Texas, Austin. Many wind up with chronic anxiety and depression.

Cardiologists would love to use an electrode that delivers a milder and potentially less painful pulse, not only to the top of the heart, but also to the lower chambers. One option is to thread a thin metal electrode through a coronary vein on the outside of the heart to reach the middle regions of the heart, where it can stimulate the heart’s lower chambers. But the coronary veins of many patients are too narrow or have partial occlusions, making that impossible.

In hopes of getting around this problem, Cosgriff-Hernandez and her colleagues set out to create a liquidlike gel they could inject throughout the length of a coronary vein. The gel would then rapidly harden into a conductive, flexible plastic. (Blood returning through the heart would then flow through other veins.)

To pull this off, the team created a gel from two components: One, called poly(ether urethane diacrylamide) or PEUDAm, eventually forms the plastic; the other, N-acryloyl glycinamide, links the PEUDAm molecules together. When separate, both molecules are liquids.

The researchers then fed both through an ultrathin divided catheter that keeps the liquids separate and inserted the catheter into a coronary vein at the top of the hearts of live pigs. The team pushed the liquids down the vein and its tributaries and removed the catheter. Once the two liquids met inside the vein, the compounds reacted within minutes and hardened into a flexible wire.

“It worked the first time. It was really exciting,” Cosgriff-Hernandez told attendees at the meeting. A bevy of tests showed the wires to be stable, conductive, and nontoxic.

In another round of tests, the scientists scarred some of the heart tissue of the pigs to resemble humans with heart muscle damage. They then injected the liquid wire and, after it hardened, connected it to a traditional battery-powered heart pacemaker. The pacemaker triggered a near-normal heart rhythm. The high-intensity shocks patients receive today can’t match that performance, says team member Mehdi Razavi, a cardiologist at the Texas Heart Institute.

Getting these potentially lifesaving flexible wires into human hearts remains a way off, Cosgriff-Hernandez says. She notes that before that happens, the team needs to test the injectable wires in animal models of heart disease. Tedrow adds that the material will also need to prove stable and safe in long-term studies in animals before human trials can be attempted. But if that proves equally successful, it could be a major win for biomaterials researchers, and patients, she says.  

Da:.

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