Scienziati e medici negli ultimi decenni hanno compiuto grandi passi avanti nel trattamento dei problemi cardiaci, in particolare con lo sviluppo negli ultimi anni dei cosiddetti "patch cardiaci, "fasce di tessuto cardiaco ingegnerizzato che possono sostituire il muscolo cardiaco danneggiato durante un infarto.

Grazie al lavoro di Charles Lieber e altri, il prossimo salto potrebbe essere in vista.

Il Mark Hyman, Jr. Professore di Chimica e Presidente del Dipartimento di Chimica e Biologia Chimica, Lieber, Il borsista postdottorato Xiaochuan Dai e altri coautori di uno studio che descrive la costruzione di scaffold elettronici su nanoscala che possono essere seminati con cellule cardiache per produrre un cerotto cardiaco "bionico". Lo studio è descritto in un articolo del 27 giugno pubblicato su Nanotecnologia della natura .

"Penso che uno dei maggiori impatti sarebbe in definitiva nell'area che comporta la sostituzione del tessuto cardiaco danneggiato con cerotti di tessuto preformati, " ha detto Lieber. "Piuttosto che impiantare semplicemente un cerotto ingegnerizzato costruito su un'impalcatura passiva, i nostri lavori suggeriscono che sarà possibile impiantare chirurgicamente un cerotto innervato che ora sarebbe in grado di monitorare e regolare sottilmente le sue prestazioni".

Una volta impiantato, Lieber ha detto, il cerotto bionico potrebbe agire in modo simile a un pacemaker, fornendo scariche elettriche per correggere l'aritmia, ma le possibilità non finiscono qui.

"In questo studio, abbiamo mostrato che possiamo cambiare la frequenza e la direzione della propagazione del segnale, " ha continuato. "Riteniamo che potrebbe essere molto importante per il controllo dell'aritmia e di altre condizioni cardiache".

A differenza dei pacemaker tradizionali, Lieber ha detto, il cerotto bionico, poiché i suoi componenti elettronici sono integrati in tutto il tessuto, è in grado di rilevare l'aritmia molto prima, e funzionano a tensioni molto più basse.

"Anche prima che una persona iniziasse ad andare in aritmia su larga scala che spesso causa danni irreversibili o altri problemi cardiaci, questo potrebbe rilevare le instabilità in fase iniziale e intervenire prima, " ha detto. "Può anche monitorare continuamente il feedback dal tessuto e rispondere attivamente".

"E un normale pacemaker, perché è in superficie, deve utilizzare tensioni relativamente alte, " ha aggiunto Lieber.

La patch potrebbe anche trovare utilità, Lieber ha detto, come strumento per monitorare le risposte sotto farmaci cardiaci, o per aiutare le aziende farmaceutiche a controllare l'efficacia dei farmaci in fase di sviluppo.

Allo stesso modo, il cerotto cardiaco bionico può anche essere una piattaforma unica, ha inoltre menzionato, studiare il comportamento dei tessuti in evoluzione durante alcuni processi di sviluppo, come l'invecchiamento, ischemia o differenziazione delle cellule staminali in cellule cardiache mature.

Sebbene il cerotto cardiaco bionico non sia ancora stato impiantato negli animali, "siamo interessati a identificare i collaboratori che stanno già studiando l'impianto di patch cardiaci per trattare l'infarto miocardico in un modello di roditore, " ha detto. "Non credo che sarebbe difficile costruire questo in un più semplice, sistema facilmente impiantabile."

A lungo termine, Lieber crede, lo sviluppo di scaffold tissutali su scala nanometrica rappresenta un nuovo paradigma per l'integrazione della biologia con l'elettronica in un modo praticamente senza soluzione di continuità.

Utilizzando la tecnologia elettronica iniettabile di cui è stato pioniere l'anno scorso, Lieber ha persino suggerito che cerotti cardiaci simili potrebbero un giorno essere semplicemente consegnati per iniezione.

"Può essere effettivamente che, nel futuro, questo non sarà fatto con un cerotto chirurgico, " ha detto. "Potremmo semplicemente fare una co-iniezione di cellule con la maglia, e si assembla all'interno del corpo, quindi è meno invasivo."