A cavidade artificial pode ser ajustada para simular estados saudáveis e patológicos. A equipa manipulou o modelo para simular condições de disfunção do ventrículo direito, incluindo hipertensão pulmonar e enfarte do miocárdio. Também usaram o modelo para testar dispositivos cardíacos. Por exemplo, a equipa implantou uma válvula mecânica para reparar uma válvula natural defeituosa e, em seguida, observou como a ação de bombeamento da câmara se alterava em resposta.
Afirmam que a nova cavidade robótica direita, ou RRV, pode ser utilizada como uma plataforma realista para estudar as perturbações da cavidade direita e testar dispositivos e terapias destinadas a tratar estas perturbações.
"O ventrículo direito é particularmente suscetível a disfunções em unidades de cuidados intensivos, especialmente em doentes submetidos a ventilação mecânica", afirma Manisha Singh, investigadora de pós-doutoramento no Instituto de Engenharia Médica e Ciência (IMES) do MIT. "O simulador RRV poderá ser utilizado no futuro para estudar os efeitos da ventilação mecânica sobre o ventrículo direito e desenvolver estratégias para prevenir a insuficiência cardíaca direita nestes doentes vulneráveis.".
Singh e os seus colegas relatam detalhes do novo projeto num artigo publicado hoje na Nature Cardiovascular Research. Entre os coautores estão a Professora Associada Ellen Roche, investigadora sénior do IMES e chefe associada de investigação do Departamento de Engenharia Mecânica do MIT, juntamente com Jean Bonnemain, Caglar Ozturk, Clara Park, Diego Quevedo-Moreno, Meagan Rowlett e Yiling Fan, do MIT, Brian Ayers, do Massachusetts General Hospital, Christopher Nguyen, da Cleveland Clinic, e Mossab Saeed, do Boston Children’s Hospital.
Um bailado de batimentos cardíacos
O ventrículo direito é uma das quatro cavidades do coração, juntamente com o ventrículo esquerdo e os átrios esquerdo e direito. Das quatro câmaras, o ventrículo esquerdo é o mais importante, pois a sua musculatura espessa e cónica está desenhada para bombear o sangue por todo o corpo. O ventrículo direito, segundo Roche, é como um "bailarino" em comparação, uma vez que lida com uma carga de trabalho mais baixa, mas não menos crucial.
"O ventrículo direito bombeia sangue desoxigenado para os pulmões, por isso não precisa de bombear com tanta força", explica Roche. "É um músculo mais fino, com uma arquitetura e um movimento mais complexos.".
Esta complexidade anatómica tem dificultado aos médicos a observação e avaliação precisas da função do lado direito do coração em doentes com doença cardíaca.
"As ferramentas convencionais muitas vezes não conseguem captar os mecanismos e a dinâmica complexos da cavidade direita, o que pode levar a diagnósticos erróneos e estratégias de tratamento inadequadas", afirma Singh.
Para melhorar a compreensão da câmara menos conhecida e acelerar o desenvolvimento de dispositivos cardíacos para tratar a sua disfunção, a equipa concebeu um modelo funcional e realista da câmara direita que capta tanto a sua anatomia complexa como a sua função de bombeamento.
O modelo inclui tecido cardíaco real, que a equipa optou por incorporar por preservar estruturas naturais demasiado complexas para serem reproduzidas sinteticamente.
"Existem cordões finos e pequenas válvulas com diferentes propriedades materiais que se movem em uníssono com o músculo da cavidade. Tentar fundir ou imprimir estas estruturas muito delicadas é um grande desafio", explica Roche.
A vida útil de um coração
No novo estudo, a equipa relata que removeu a câmara cardíaca direita de um porco, que foi tratada para preservar cuidadosamente as suas estruturas internas. De seguida, colocaram-lhe um revestimento de silicone à volta, que funcionou como um miocárdio sintético e macio. Dentro deste revestimento, a equipa inseriu vários tubos longos, semelhantes a balões, envolvendo o tecido cardíaco real, em posições que, através de modelação computacional, foram determinadas como ideais para reproduzir as contrações da câmara. Os investigadores ligaram cada tubo a um sistema de controlo, que foi configurado para insuflar e esvaziar cada tubo a taxas que imitavam o ritmo e o movimento reais do coração.
Para testar a sua capacidade de bombeamento, a equipa infundiu o modelo com um fluido de viscosidade semelhante à do sangue. Este fluido em particular era também transparente, permitindo aos engenheiros observar, com uma câmara interna, como as válvulas e as estruturas internas respondiam à medida que a cavidade bombeava o fluido.
Descobriram que a capacidade de bombeamento da câmara artificial e a função das suas estruturas internas eram semelhantes ao que tinham observado anteriormente em animais saudáveis e vivos, demonstrando que o modelo pode simular de forma realista a ação e a anatomia da câmara cardíaca direita. Os investigadores conseguiram também ajustar a frequência e a potência dos tubos de bombeamento para simular diversas condições cardíacas, como batimentos cardíacos irregulares, fraqueza muscular e hipertensão.
"Estamos a 'reviver' o coração, de certa forma, e de uma forma que nos permite estudar e potencialmente tratar as suas disfunções", diz Roche.
Para demonstrar que a cavidade artificial pode ser utilizada para testar dispositivos cardíacos
