Ci siamo quasi con il cuore artificiale totale?

Negli ultimi cinquant’anni ricercatori di diversi paesi del mondo hanno lavorato allo sviluppo di un cuore artificiale totale, un dispositivo che sostituisce tutte le funzioni del cuore malato. Le difficoltà maggiori sono legate alla parola “totale”: da tempo vengono infatti usati cuori artificiali temporanei, impiantati in attesa di un normale trapianto da donatore a ricevente, mentre continua a essere estremamente complicato sviluppare un cuore artificiale definitivo, sicuro, e che garantisca al paziente una buona qualità di vita.

L’azienda che finora è arrivata più vicina a questo obiettivo è la francese Carmat, il cui cuore artificiale totale, l’Aeson, ha ottenuto lo scorso dicembre il marchio CE ed è quasi pronto per essere commercializzato. Aeson potrà essere venduto alle aziende ospedaliere e potrà essere oggetto di nuovi studi clinici: al momento infatti non è chiaro se sia affidabile al cento per cento e se possa essere usato come alternativa sicura al trapianto: lo sviluppo di questo dispositivo è molto complicato e sembrano esserci ancora alcuni problemi di compatibilità con il corpo umano.

Al momento, il trapianto d’organo e l’impianto di un cuore artificiale sono le due uniche soluzioni che consentono di curare uno scompenso cardiaco in fase terminale, una malattia sempre più diffusa, come tutti i problemi cardiaci. Entrambe le operazioni chirurgiche sono molto complesse e possono portare a complicanze, ma sono anche l’unico modo per evitare la morte del paziente, che non può sopravvivere con un cuore gravemente compromesso.

Come funziona il cuore
Per capire come funziona un cuore artificiale è bene partire dall’originale, il cuore biologico, un muscolo molto sofisticato che svolge una funzione piuttosto semplice: è una sorta di pompa che fa circolare il sangue in maniera ininterrotta in tutto il corpo. Porta il sangue ossigenato a organi, tessuti e cellule, e riceve il sangue carico di anidride carbonica da inviare ai polmoni.

Il cuore pesa circa 250-300 grammi e misura tra i 13 e i 15 centimetri in lunghezza, tra i 9 e i 10 centimetri di larghezza e ha uno spessore di circa 6 centimetri. Al suo interno, il cuore ha una parete centrale che lo divide a metà e ogni metà è costituita da due camere, atrio e ventricolo; il sangue carico di anidride carbonica arriva nell’atrio destro e passa al ventricolo destro attraverso una valvola, dal ventricolo destro viene poi spinto nei polmoni dove si arricchisce di ossigeno prima di arrivare all’atrio sinistro.

Poi il sangue passa al ventricolo sinistro e infine accede all’arteria aorta e ai suoi rami, che lo portano alle cellule e ai tessuti di tutto il corpo. Le pareti del cuore sono costituite componente muscolare chiamata miocardio, a sua volta ricoperta da una membrana, il pericardio.

Quando il cuore sta male
Se il cuore non riesce più a svolgere le sue funzioni si parla di scompenso cardiaco o insufficienza cardiaca. Questa malattia può colpire a qualsiasi età, ma è più frequente nei pazienti anziani. Lo scompenso cardiaco si sviluppa solitamente a causa di una lesione muscolare del cuore, per esempio con un infarto del miocardio, oppure a causa di un malfunzionamento delle valvole all’interno del muscolo.

Le conseguenze dello scompenso cardiaco non sono sempre evidenti: nello stadio precoce i pazienti sono spesso asintomatici, oppure accusano sintomi lievi come l’affanno durante lo sforzo. Spesso l’andamento della patologia porta a ingannare i pazienti, che si sottopongono ad accertamenti cardiologici solo quando i sintomi sono evidenti: dispnea, cioè la mancanza di fiato, sotto sforzo e anche a riposo, tosse, astenia, addome gonfio e dolente, perdita di appetito, confusione e deterioramento della memoria.

Il trapianto di cuore
Lo scompenso cardiaco si può curare con una terapia farmacologica oppure con pacemaker biventricolari, due dispositivi elettrici che stimolano i ventricoli destro e sinistro. Quando il muscolo è troppo danneggiato oppure è molto debole, l’insufficienza cardiaca viene classificata in stadio terminale: il cuore deve essere rimosso e sostituito con uno sano.

In Italia il primo trapianto di cuore fu eseguito a Padova, il 14 novembre 1985, e oggi è un’operazione piuttosto frequente anche se delicata, come qualsiasi intervento chirurgico: può causare complicazioni come infezioni, sanguinamento, insufficienza renale o polmonare.

Negli ultimi anni il numero delle persone in attesa di un trapianto di cuore è aumentato, anche se il numero di trapianti è diminuito. Nel 2020, per esempio, sono stati eseguiti 238 trapianti di cuore a fronte di 655 pazienti in lista d’attesa. Questo è dovuto al fatto che ci sono sempre meno donatori: di per sé non è una cattiva notizia, perché significa che sempre meno persone muoiono a causa di incidenti stradali, a cui spesso seguono le donazioni di organi grazie alla volontà espressa dalla persona in vita oppure con l’assenso della famiglia.

Il cuore artificiale può aiutare ad allungare la sopravvivenza tra lo stadio terminale dello scompenso cardiaco e un possibile trapianto. Le soluzioni tecniche sono più o meno temporanee, come dispositivi chiamati “a ponte” che sostituiscono il cuore per una breve attesa prima del trapianto, oppure altri impianti che aiutano i ventricoli danneggiati a svolgere la loro funzione.

I primi cuori artificiali
I primi studi sul cuore artificiale totale risalgono agli anni Sessanta, ma è negli anni Ottanta che si iniziò a eseguire operazioni sulle persone. Nonostante i risultati incoraggianti, i dispositivi dell’epoca avevano molti limiti e garantivano una sopravvivenza limitata e dolorosa. Negli anni Novanta lo sviluppo dei materiali consentì di ridurre peso e dimensioni del cuore artificiale e di studiare dispositivi sempre più affidabili. Nel 1993 iniziarono gli studi che portarono alla commercializzazione, nel 2004, del cuore CardioWest, conosciuto anche come Syncardia.

In Italia il primo trapianto con il Syncardia fu eseguito nel 2007 all’ospedale di Padova dal cardiochirurgo Gino Gerosa. Il paziente riuscì a sopravvivere per oltre quattro anni prima di ricevere un cuore umano con un nuovo trapianto. Gerosa spiega che il Syncardia, al momento l’unico autorizzato in Italia, è molto semplice dal punto di vista meccanico: è costituito da due gusci di poliuretano con quattro membrane che vengono movimentate dall’aria compressa spinta attraverso due tubicini connessi a un compressore esterno.

I limiti più evidenti di questo dispositivo sono la biocompatibilità e il rumore. «Rispetto al trapianto di un cuore umano, per cui serve una terapia immunodepressiva, il cuore artificiale necessita di un’importante terapia anticoagulante», dice. «Un altro problema è legato alla rumorosità causata dall’aria compressa e dal compressore contenuto in uno zainetto che il paziente deve sempre portare con sé».

L’obiettivo è identico, ma l’operazione per impiantare un cuore artificiale è diversa rispetto a un trapianto normale. «Il cuore artificiale non lo puoi spostare molto e non lo puoi flettere come un cuore umano», spiega Gerosa. «La cosa più importante è prendersi il tempo per eseguire delle suture perfette per evitare che ci siano sanguinamenti. Tutte le volte che facciamo un trapianto, il momento più difficile è quando il cuore riparte: nel caso del cuore artificiale questo problema è piuttosto limitato rispetto a un cuore normale, perché basta attivarlo».

L’Aeson di Carmat
Lo sviluppo dell’Aeson di Carmat, iniziato nel 2008, ha cercato di risolvere i problemi di biocompatibilità e rumorosità.

Carmat è un’azienda francese nata dalla collaborazione tra il noto cardiochirurgo francese Alain Carpentier e Matra Défense, un’azienda di ingegneria aerospaziale. Rispetto al Syncardia, l’Aeson si adatta meglio al corpo perché è dotato di valvole biologiche, ottenute con una membrana formata da policarbonato e tessuto del pericardio. Il meccanismo che fa funzionare il cuore artificiale Aeson è costituito da due piccoli motori elettrici che movimentano un liquido, silicone, che spostandosi a destra e a sinistra pompa il sangue nell’aorta o nell’arteria polmonare.

Anche il Carmat, però, ha dei limiti. «È troppo grosso», dice Gerosa, che insieme alla sua squadra ha svolto il training per l’impianto in vista di un possibile utilizzo in Italia nei prossimi anni. «Il Syncardia ha bisogno di uno spazio di circa 10 centimetri nella cavità toracica, tra lo sterno e la colonna vertebrale, mentre il Carmat tra i 14 e i 15 centimetri. Questo rende l’Aeson incompatibile con molti pazienti, soprattutto donne e minori». Secondo alcuni studi, sarebbe compatibile con l’86 per cento degli uomini e con il 35 per cento delle donne.

Lo scorso anno l’Aeson è stato impiantato in un paziente danese affetto da di insufficienza cardiaca biventricolare allo stadio terminale. A febbraio 2021 invece è arrivata l’autorizzazione per l’avvio di un studio per ottenere l’approvazione della Food and Drug Administration (FDA), l’agenzia federale statunitense che si occupa di farmaci.

Nonostante il marchio CE, in Europa è ancora in corso uno studio clinico per valutare con attenzione la risposta su venti pazienti: finora non sono emersi problemi, anche se per avere risposte più precise si dovrà attendere la conclusione della sperimentazione, prevista a dicembre 2021. «Tutto questo ci dice che non abbiamo ancora sviluppato un cuore artificiale totale che garantisca le stesse funzioni del cuore umano, il più sofisticato in assoluto», ammette Gerosa.

Altri cuori in fase di sviluppo
Ma la ricerca di altre aziende e università non si è mai fermata. Sanjiv Kaul, professore dell’istituto cardiovascolare OHSU Knight, a Portland, negli Stati Uniti, ha lavorato allo sviluppo di un cuore artificiale da design molto semplice, con un unico pezzo in movimento senza valvole: i ventricoli sono sostituiti da un tubo di titanio con un’asta cava che si muove avanti e indietro, spingendo il sangue.

Un altro cuore artificiale piuttosto innovativo è stato realizzato dalla Leviticus Cardio, un’azienda israeliana. Non ha bisogno di un compressore o di una batteria esterna: le batterie si ricaricano attraverso una cintura indossabile che invia corrente al dispositivo nel torace del paziente. La batteria ha un’autonomia di otto ore, tempo in cui il paziente si può liberare della cintura. Nel caso di problemi, un allarme con vibrazione avverte la persona della necessità di ricaricare la batteria.

Anche Gino Gerosa sta lavorando allo sviluppo di un cuore artificiale totale con l’università di Padova e Lifelab, un centro di ricerca che si occupa di medicina rigenerativa. L’obiettivo è risolvere i problemi degli altri cuori, soprattutto le dimensioni: «Rispetto ai 14-15 centimetri del cuore Carmat, il nostro è stato studiato per stare in uno spazio di 8,5 centimetri, molto più compatibile anche per le donne e i minori», dice. «Il nostro cuore è anche molto silenzioso e biocompatibile, è rivestito di pericardio decellularizzato e ha valvole biologiche».

Mancano i finanziamenti, però: secondo le stime di Gerosa, per lo sviluppo del cuore artificiale totale italiano servirebbero circa cinquanta milioni di euro.