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Un sensore per monitorare il cuore, senza disturbarlo

Gli esperti della University of Tokyo hanno messo a punto un dispositivo elettronico miniaturizzato per monitorare da vicino le cellule cardiache senza alterarne in alcun modo il comportamento.

Di certo non vi spezzerà il cuore. Tutto il contrario: forse vi aiuterà a ripararlo, se non dovesse funzionare a dovere. Si tratta di un dispositivo elettronico appena messo a punto da un’équipe di esperti della University of Tokyo, della Tokyo Women’s Medical University e dell’istituto Riken, in grado, per l’appunto, di monitorare da vicino l’attività delle cellule cardiache senza inficiarne in alcun modo il funzionamento. I dettagli del dispositivo sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Nature Nanotechnology: si tratta, spiegano gli autori, di un sensore “molle” (soft) che lavora a contatto diretto con i cardiomiociti e che potrebbe essere usato, in futuro e con le opportune modifiche, anche per monitorare la salute di altri organi.

“Per studiare i cardiomiociti in azione”, spiega Sunghoon Lee, uno degli autori del lavoro, ricercatore alla University of Tokyo, “bisogna farli crescere in laboratorio, su capsule di Petri, e attaccarvi sopra sonde rigide. Queste sonde limitano la tendenza naturale delle cellule a pulsare e quindi le osservazioni compiute in questo contesto non riflettono il mondo reale. Il nostro sensore, invece, rende possibile lo studio dei cardiomiociti e di altre colture cellulari in uno scenario molto più verosimile. Il fattore chiave è l’utilizzo del sensore in combinazione a un sostrato flessibile su cui possano crescere le cellule”.

A cuore battente

Per condurre gli esperimenti necessari alla ricerca, gli scienziati della Tokyo Women’s Medical Hospital University hanno fatto crescere dei cardiomiociti sani partendo da cellule staminali umane. La base per la coltura era rappresentata da un materiale estremamente soffice, la cosiddetta fibrina, un gel che si forma per precipitazione nella coagulazione del sangue. L’équipe di Lee ha disposto il sensore sopra la coltura cellulare inframmezzandolo con un liquido di riempimento per ottenere il giusto orientamento del dispositivo, aspetto molto delicato: “È piuttosto difficile posizionare perfettamente il sensore: i fili di poliuretano che lo compongono sono dieci volte più sottili di un capello umano, quindi ci sono voluti diversi tentativi e molta pazienza. Ma alla fine siamo riusciti a mettere a punto dei prototipi funzionanti e orientati correttamente”.

Fili di plastica e d’oro

Anche la costruzione dei sensori non è uno scherzo: inizialmente, i fili di poliuretano vengono “tessuti” insieme fino a diventare dei fogli sottilissimi, con un procedimento di estrusione simile a quello utilizzato dalle stampanti 3d; successivamente, il foglio viene rivestito con un materiale plastico, il parilene, che lo rende più forte. Il parilene viene quindi parzialmente rimosso e sostituito con oro, che compone la parte sensibile del dispositivo e i fili di comunicazione; l’oro, infine, viene nuovamente ricoperto di plastica per evitare interferenze tra i segnali raccolti. Il sensore è dotato di tre sonde in grado di leggere il voltaggio in tre posizioni diverse, producendo un grafico molto simile a un elettrocardiogramma. In virtù del fatto che sono presenti sonde multiple, i medici possono osservare come si propaga il segnale elettrico da una cellula all’altra, ottenendo così informazioni sulla pulsazione del cuore.

Valutare i farmaci, evitare la sperimentazione animale

Il dispositivo, dicono gli autori, può essere utilizzato per valutare gli effetti dei farmaci cardioprotettivi: “I campioni di farmaco devono essere distribuiti alle cellule cardiache”, spiega ancora Lee, “e i sensori rigidi tradizionali di solito costituiscono un impedimento fisico. Il nostro sensore, essendo poroso, non presenta questo problema, e quindi si presta molto bene agli studi clinici di valutazione dell’efficacia dei farmaci. Potrebbe addirittura rappresentare, in specifici setting sperimentali, una valida alternativa alla sperimentazione animale. Non vedo l’ora che sia effettivamente usato sul campo”.

Tratto da: Galileonet, Sandro Iannaccone, 22 gennaio 2019