IL SISTEMA DI CARDIOGRAFIA OTTICA STAMPATA IN 3D SUPPORTA GLI STUDI SULL’ARITMIA
I ricercatori della George Washington University (GWU) e dell’Istituto di fisica e tecnologia di Mosca (MIPT) hanno utilizzato la stampa 3D open source per monitorare le aritmie cardiache altrimenti note come battito cardiaco irregolare.
In uno studio pubblicato su Scientific Reports , i ricercatori hanno cercato di creare un sistema di mappatura ottica personalizzabile e conveniente per comprendere la relazione tra l’attività elettrica e meccanica dei cuori intatti .
Tali sistemi di mappatura ottica utilizzano il processo di perfusione con i coloranti fluorescenti attraverso il tessuto. “Un numero di modifiche ai parametri intracellulari potrebbe essere tracciato in questo modo usando telecamere ad alta velocità”, afferma la ricerca; questo porta alla mappatura dell’attività cardiovascolare.
“L’ALTO COSTO DELLE APPARECCHIATURE E LE SFIDE TECNICHE LEGATE AL MONITORAGGIO DI PIÙ PARAMETRI DEL CAMPIONE IN UNA SOLA VOLTA E L’ELABORAZIONE DEI SEGNALI ASSOCIATI IMPEDISCONO UN USO PIÙ DIFFUSO DELLA MAPPATURA OTTICA NELLA COMUNITÀ BIOLOGICA”.
Secondo il team di ricerca, il processo di mappatura utilizza l’eccitazione cardiaca; questo riguarda principalmente l’eccitazione elettrica e la variazione della concentrazione di calcio che influenzano i livelli ematici nel cuore. “Normalmente, l’eccitazione è iniziata da un gruppo di cellule nell’atrio destro, chiamato nodo seno-atriale, e si diffonde attraverso il sistema di conduzione cardiaca agli atri e ai ventricoli”.
“LE ANORMALITÀ NELLA PROPAGAZIONE, NOTE COME ARITMIE , SONO UNA DELLE PRINCIPALI CAUSE DI MORTALITÀ IN RUSSIA E IN ALTRI PAESI SVILUPPATI”.
Usando la stampante 3D Stratasys Fortus 250mc , i componenti ottici open source, escluse fotocamere, obiettivi e pompe, sono stati realizzati in modo additivo. I ricercatori hanno calcolato che questo sistema, che utilizzava un software di elaborazione multi-segnale basato su Matlab, poteva salvare altri ricercatori fino a $ 20.000 se confrontato con i prodotti disponibili in commercio.
“Gli studi che utilizzano la mappatura multiparametrica sono ancora rari”, ha spiegato Roman Syunyaev, ricercatore del Laboratorio di Fisiologia Umana del MIPT e coautore di questo studio.
“Sebbene la propagazione dell’eccitazione nel muscolo cardiaco sia associata a un’interazione tra più fenomeni complessi, è solitamente il caso che i ricercatori possano misurare solo un parametro.”
È stato notato nello studio che per la produzione del sistema di mappatura a stampa 3D è necessaria una stampante 3D di livello industriale con una risoluzione minima di 0,01 pollici (0,254 mm). Inoltre, l’ABS è stato utilizzato per i componenti al posto del PLA a causa della sua maggiore qualità e del più alto punto di fusione, che ha portato a una minore deformazione.
Il nuovo sistema ha dimostrato la sua funzionalità attraverso la mappatura ottica di cuori di topo intero. Contemporaneamente registrava segnali di tensione e di calcio all’interno dell’organo con una migliore qualità delle tracce di pseudo-elettrocardiogramma (ECG) – un test usato per controllare il ritmo cardiaco.
“Non molti team di ricerca al giorno d’oggi possono permettersi le costose attrezzature per la mappatura ottica”, ha dichiarato il professor Igor Efimov, presidente del laboratorio di fisiologia umana al MIPT.
“ORA POSSONO USARE I NOSTRI PROGETTI PER RICREARE UN SISTEMA ECONOMICO COME QUELLO CHE ABBIAMO USATO. UN ULTERIORE VANTAGGIO DEL NOSTRO STRUMENTO È CHE OFFRE LA LIBERTÀ DI PROGETTARE NUOVI ESPERIMENTI SU CAMPIONI DIVERSI. “
“ Open-source multiparametrico Optocardiography ” co-autori di Brianna Cathey, ian Obaid , Alexander M. Zolotarev, Romano A. Pryamonosov, Romano A. Syunyaev, Sharon A. George e Igor R. Efimov.
