Un cuore robotico morbido aiuta a modellare le malattie cardiovascolari / Soft robotic heart helps model cardiovascular disease

 Un cuore robotico morbido aiuta a modellare le malattie cardiovascolari / Soft robotic heart helps model cardiovascular disease

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

Il cuore robotico morbido riproduce i movimenti complessi e le strutture interne del cuore umano  / The soft robotic heart reproduces the complex movements and internal structures of the human heart 

Alcuni ricercatori australiani hanno sviluppato un cuore robotico morbido che imita la funzione cardiovascolare umana e può fungere da banco di prova per lo studio delle malattie cardiache.

Il modello, progettato presso l'Università del Nuovo Galles del Sud (UNSW), riproduce il lato sinistro del cuore, con membrane di silicone che formano le camere interne. Muscoli artificiali avvolgono queste camere, imitando il modo in cui il cuore si contrae e si torce mentre pompa il sangue in tutto il corpo.

Fondamentalmente, il cuore robotico include anche le strutture responsabili del controllo della valvola mitrale, che agisce come una coppia di porte a battente che si aprono e si chiudono a ogni battito cardiaco, consentendo il flusso di sangue verso il corpo e impedendo il reflusso. Riprodurre con precisione questa particolare caratteristica del cuore ha permesso al team dell'UNSW di replicare patologie in cui questa valvola non funziona correttamente ed il sangue rifluisce nelle camere cardiache. Lo sviluppo del cuore e la sua capacità di modellare le malattie sono descritti in studi pubblicati su  Nature Communications  e  Advanced Science.

"Il modello è realizzato con materiali flessibili ed azionato da muscoli artificiali disposti in modo da imitare la struttura muscolare a strati del cuore umano", ha affermato il dottor James Davies, ricercatore post-dottorato presso l'UNSW. 

"Abbiamo trovato un modo per modellare l'architettura di queste fibre muscolari utilizzando fibre muscolari artificiali robotiche morbide. Sono alimentate da pressione idraulica che controlliamo per far muovere il nostro modello di muscolo ventricolare come quello reale."

"Avvolgiamo quindi questa muscolatura artificiale attorno a membrane di silicone che riproducono la superficie interna del cuore sinistro umano, formando il nostro modello atrioventricolare del cuore sinistro. Queste membrane contengono il sangue simulato all'interno del cuore sinistro, consentendo la simulazione del pompaggio del sangue dentro e fuori dal modello."

Poiché il cuore robotico riproduce fedelmente la forma e la funzione della fisiologia umana, i ricercatori ritengono che potrebbe contribuire a ridurre la necessità di studi sugli animali nelle prime fasi dello sviluppo di dispositivi medici, nonché a migliorare la comprensione delle malattie.

"Speriamo di creare una piattaforma in grado di modellare in modo completo le malattie cardiache e simulare i vari trattamenti, inclusi gli impianti cardiaci e gli strumenti chirurgici", ha affermato il responsabile della ricerca, il professor Thanh Nho Do, della  Scuola di Ingegneria Biomedica  e  del Laboratorio di Robotica Medica dell'UNSW.

"Soprattutto nelle prime fasi di sviluppo di dispositivi cardiaci, una piattaforma di questo tipo offrirà il controllo sulla funzione cardiaca, mantenendo al contempo la rilevanza anatomica e fisiologica, riducendo la nostra dipendenza dai modelli animali ed i relativi costi e problematiche etiche."

Sebbene lo studio dimostri il potenziale della tecnologia, i ricercatori hanno sottolineato che il modello attuale è ancora una prova di concetto piuttosto che uno strumento clinico definitivo. Le versioni future dovranno riprodurre meglio alcuni aspetti della funzione cardiaca ed utilizzare geometrie specifiche per il paziente, con il cuore robotico validato rispetto a dati reali di pazienti.

ENGLISH

Researchers in Australia have developed a soft robotic heart that mimics human cardiovascular function and can act as a testbed for studying heart disease.

Engineered at the University of New South Wales (UNSW), the model replicates the left side of the heart, with silicone membranes forming the internal chambers. Artificial muscles are wrapped around these chambers, which mimic the way the heart contracts and twists as it pumps blood around the body.

Crucially, the robotic heart also includes the structures responsible for controlling the mitral valve, which acts like a pair of swinging doors that open and close with each heartbeat, allowing blood flow to the body while preventing backward leakage. Accurately reproducing this particular feature of the heart enabled the UNSW team to replicate diseases where this valve malfunctions and blood flows backwards into the organ’s chambers. The development of the heart and its ability to model disease is described in studies published in Nature Communications and Advanced Science.

“The model is made from flexible materials and powered by artificial muscles that are arranged to mimic the layered muscle architecture of the human heart,” said UNSW postdoc researcher Dr James Davies. 

“We found a way to model this muscle fibre architecture using soft robotic artificial muscle fibres. They are powered by hydraulic pressure which we control to make our ventricular muscle model move like the real thing.

“We then wrap this artificial musculature around silicone membranes which model the inner surface of the human left heart, forming our left heart, atrioventricular model. These membranes contain the simulated blood within the left heart allowing simulated pumping of blood in and out of the model.”

As the robotic heart closely replicates the form and function of human physiology, the researchers believe it could help reduce the need for animal studies during the early stages of medical device development, as well as improve understanding of disease.

“We hope to bring into existence a platform to comprehensively model cardiac disease and simulate their various treatments, including cardiac implants and surgical tools,” said research lead Professor Thanh Nho Do, from UNSW’s School of Biomedical Engineering and UNSW Medical Robotics Lab.

“Particularly in the early stages of cardiac device development, such a platform will offer control over heart function while maintaining anatomical and physiological relevance, reducing our reliance on animal models and its associated costs and ethical concerns.”

While the study demonstrates the technology's potential, the researchers stressed that the current model is still a proof of concept rather than a finished clinical tool. Future versions will need to better reproduce certain aspects of heart function and use patient-specific geometries, with the robotic heart validated against real patient data.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/soft-robot-heart-models-cardiovascular-disease?rcip=giuseppecotellessa%40libero.it&utm_campaign=Daily%20Bulletin%20-020726%20-%20Thursday&utm_content=&utm_term=https%3A%2F%2Fwww.theengineer.co.uk%2Fcontent%2Fnews%2Fsoft-robot-heart-models-cardiovascular-disease&utm_medium=email&utm_source=The%20Engineer