Stent Coronarici Sotto Lente: La Rivoluzione AirDrive per Testare il Sangue Come Mai Prima!

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa che mi appassiona davvero: come facciamo a rendere i dispositivi medici che vanno nel nostro corpo, come gli stent coronarici, il più sicuri possibile? In particolare, come ci assicuriamo che non causino problemi a contatto con il nostro sangue? Sembra semplice, ma vi assicuro che è una sfida affascinante, soprattutto quando si tratta di oggetti piccolissimi.

Sapete, quando un materiale estraneo entra in contatto diretto con il sangue, può scatenare una serie di reazioni: le piastrine si attivano, parte la cascata della coagulazione, il sistema del complemento si mette in moto e i globuli rossi possono persino rompersi (emolisi). La normativa internazionale (ISO 10993-4, per i più tecnici) ci dice chiaramente che i processi che dipendono dal flusso sanguigno sono cruciali. Questo significa che non basta mettere un materiale a bagno nel sangue e vedere che succede; dobbiamo simulare le condizioni di flusso reali, quelle che si trovano nelle nostre arterie.

Il Problema: Testare il Piccolo è Difficile

Qui arriva il bello. Testare l’emocompatibilità (la “simpatia” tra materiale e sangue) di impianti cardiovascolari è fondamentale. Ma quando parliamo di stent coronarici, che hanno diametri inferiori ai 5 millimetri, le cose si complicano parecchio. I metodi di test tradizionali spesso non ce la fanno.

Pensate alle comuni pompe peristaltiche (quelle che schiacciano un tubicino per far avanzare il liquido) o a quelle a siringa: generano uno stress da taglio (shear stress) sul sangue così elevato che rischia di mascherare completamente l’effetto del piccolo stent che stiamo cercando di valutare. È come cercare di sentire un sussurro durante un concerto rock! Altri sistemi, come le pompe a valvole o quelle basate sulla gravità (tipo il Chandler Loop), sono più delicati con il sangue, ma faticano a raggiungere le velocità di flusso necessarie in tubicini così sottili. Insomma, eravamo un po’ in un vicolo cieco. Come potevamo testare questi minuscoli dispositivi in modo realistico e affidabile?

La Soluzione: Nasce la Tecnologia AirDrive

Ecco dove entriamo in gioco noi, con un’idea che ritengo davvero innovativa: la tecnologia AirDrive. Immaginate un sistema basato su un cilindro elettrico che muove delle siringhe contrapposte. Queste siringhe non contengono sangue, ma aria! Comprimendo l’aria da un lato e decomprimendola dall’altro, e collegando questo sistema a delle piccole camere (tubicini in PVC flessibile) dove abbiamo posizionato i nostri stent, riusciamo a generare un flusso sanguigno pulsante.

La cosa fantastica è che possiamo controllare con estrema precisione la velocità di compressione e la quantità d’aria, permettendoci di simulare diverse velocità di flusso, fino a 450 ml/min o 930 mm/s! E tutto questo senza che la “pompa” stessa maltratti il sangue. A differenza di altri metodi, lo stent rimane costantemente immerso nel sangue, senza mai entrare in contatto con l’aria, evitando così ulteriori complicazioni come l’aggregazione piastrinica o la denaturazione delle proteine all’interfaccia aria-sangue.

Il nostro setup attuale ci permette di testare fino a 15 campioni contemporaneamente, addirittura a tre diverse velocità in parallelo. Questo è un vantaggio enorme per confrontare diversi materiali o design, o per studiare l’effetto della velocità del flusso. E prelevare campioni di sangue durante il test è semplicissimo, perché le camere rimangono ferme.

Mettiamolo alla Prova: Stent Lucidi vs. Ruvidi

Per dimostrare che il nostro sistema AirDrive non è solo bello sulla carta, ma funziona davvero ed è sensibile, abbiamo fatto uno studio preliminare. Abbiamo preso degli stent coronarici dello stesso design ma con due finiture superficiali diverse: una lucida (polished) e una non lucida (unpolished), quindi più ruvida. La rugosità superficiale può influenzare molto l’interazione con il sangue.

Li abbiamo inseriti nelle nostre camere di test da 3.2 mm di diametro, abbiamo fatto scorrere sangue umano fresco (ottenuto eticamente da pazienti con emocromatosi durante flebotomia terapeutica, anticoagulato con eparina) a una velocità di 340 mm/s per due ore a 37°C. Abbiamo incluso anche controlli statici (sangue fermo) e controlli dinamici senza stent (tubo vuoto) per capire l’attivazione indotta dal solo sistema.

Cosa abbiamo misurato?

• Emolisi: la rottura dei globuli rossi (misurando l’emoglobina libera nel plasma).
• Conteggio piastrinico: una diminuzione indica attivazione e aggregazione.
• Complessi Trombina-Antitrombina III (TAT): un marcatore dell’attivazione della coagulazione.

E i risultati? Beh, parlano da soli! Nelle condizioni dinamiche, gli stent non lucidi hanno mostrato una maggiore attivazione piastrinica (conteggio più basso) e livelli di TAT leggermente più alti rispetto a quelli lucidi. Anche se l’emolisi era generalmente bassa, si notava una piccola differenza anche lì. È importante notare che queste differenze non erano visibili nei controlli statici, confermando che l’effetto era legato al flusso. Questo ci ha dimostrato che il nostro sistema AirDrive è abbastanza sensibile da rilevare differenze sottili indotte dalla finitura superficiale dello stent, anche con un singolo stent per test! Certo, c’è una variabilità dovuta ai diversi donatori di sangue (ogni colore/forma nei grafici dello studio originale rappresenta un donatore diverso), ma la tendenza era chiara.

AirDrive vs. Il Vecchio: La Prova del Nove

Ma la vera domanda era: siamo davvero migliori delle pompe tradizionali in termini di danno indotto al sangue dal sistema stesso? Per scoprirlo, abbiamo fatto un confronto diretto tra il nostro sistema AirDrive e un classico circuito chiuso con pompa peristaltica (roller pump), uno dei metodi più usati. Abbiamo usato lo stesso tipo di tubi, li abbiamo riempiti con sangue fresco e li abbiamo fatti funzionare senza stent a una portata piuttosto elevata (330 ml/min, cioè 680 mm/s) per 3 ore.

Il risultato è stato impressionante e persino visibile a occhio nudo! Il plasma sanguigno proveniente dal sistema AirDrive era bello giallo paglierino, indicando pochissima emolisi (solo lo 0.24% di emolisi indotta dal flusso, ΔH). Quello proveniente dalla pompa peristaltica era decisamente rosso, segno di una notevole rottura dei globuli rossi (ben l’1.47% di ΔH)! Una differenza enorme che conferma quanto la nostra tecnologia AirDrive sia più “gentile” con il sangue, permettendoci di isolare meglio l’effetto del dispositivo che stiamo testando.

Numeri che Parlano: Flusso, Velocità e Risposte del Sangue

Una delle cose belle dell’AirDrive è la sua versatilità. Cambiando il volume delle siringhe usate o la velocità del cilindro elettrico, possiamo generare un’ampia gamma di velocità di flusso medie, come abbiamo verificato con una tecnica di misurazione ottica ad alta velocità usando un fluido analogo al sangue e tracciando delle particelle. Abbiamo visto che il profilo di flusso durante un ciclo è quasi rettangolare: una rapida accelerazione, una fase di plateau a velocità quasi costante, e una rapida decelerazione. Questo ci permette di simulare condizioni di flusso pulsatile che sono più fisiologiche rispetto a un flusso costante. Abbiamo calcolato il numero di Reynolds e confermato che il flusso rimane laminare (ordinato) nel range testato.

Abbiamo anche studiato come l’attivazione di fondo del sistema (cioè la reazione del sangue dovuta al solo passaggio nel tubo, senza stent) cambia con la velocità e la durata del test. Come ci si poteva aspettare, maggiore è la velocità del flusso e più lungo è il test, maggiore è l’emolisi, la diminuzione delle piastrine e l’aumento dei complessi TAT. È interessante notare che l’aumento più marcato dell’attivazione della coagulazione (TAT) e la diminuzione delle piastrine avvengono spesso nella prima ora, suggerendo un effetto iniziale del contatto con la superficie del tubo. Conoscere questa attivazione di fondo è fondamentale per poterla sottrarre e isolare l’effetto specifico dello stent. Abbiamo visto che anche a velocità elevate (fino a 930 mm/s), l’emolisi indotta dal nostro sistema rimane relativamente bassa (sotto lo 0.5% dopo 2 ore), classificabile come non emolitica secondo gli standard ASTM.

Guardando al Futuro: Perfezionare e Applicare

Certo, nessun sistema è perfetto. Anche l’AirDrive induce una certa attivazione di fondo, soprattutto in tubi così piccoli dove il rapporto superficie/volume è alto. Stiamo già pensando a come ridurla ulteriormente. Una strategia potrebbe essere quella di rivestire la superficie interna dei tubi con sostanze anticoagulanti come l’eparina o altri polimeri biocompatibili. Un’altra idea è modificare la geometria del tubo, magari allargandolo prima e dopo la zona dello stent per ridurre la velocità del flusso e l’area di contatto in quelle sezioni.

Inoltre, la variabilità tra donatori di sangue è un fattore reale. Per migliorare la potenza statistica dei nostri studi futuri, potremmo usare campioni di sangue “pooled” (mescolati da più donatori) o applicare criteri più stringenti per la selezione dei donatori.

Nonostante questi margini di miglioramento, credo fermamente che la tecnologia AirDrive rappresenti un passo avanti significativo. Offre condizioni di test robuste, controllabili e fisiologicamente rilevanti per dispositivi cardiovascolari di piccole dimensioni. Il basso volume di sangue richiesto, la capacità di testare più campioni in parallelo, il basso stress da taglio indotto dalla pompa e la possibilità di raggiungere alte portate la rendono uno strumento prezioso.

In conclusione, abbiamo sviluppato un nuovo concetto per generare flusso sanguigno che ci permette di valutare l’emocompatibilità dinamica di piccoli impianti come gli stent coronarici in modo molto più accurato e realistico rispetto al passato. Siamo riusciti a dimostrare che è sensibile a piccole differenze geometriche e che danneggia il sangue molto meno delle pompe peristaltiche. Credo che l’AirDrive abbia un grande potenziale per supportare lo sviluppo e i test regolatori di dispositivi medici più sicuri ed efficaci. È un campo in continua evoluzione, ed è entusiasmante farne parte!

Fonte: Springer