La principale causa di mortalità e morbilità infantile negli Stati Uniti (ma non solo) è dovuta alla nascita prematura o altresì detto “parto pretermine”, che si verifica intorno alle 25 settimane di gestazione, più precisamente tra le 22 le 37 settimane. Al Children Hospital di Philadelphia hanno realizzato una sorta di incubatrice di nuovissima generazione, un sistema extra uterino in grado di replicare la fisiologia della placenta, permettendo così lo sviluppo del feto fino a 4 settimane.

La ricerca, pubblicata sulla rivista Nature, ha dimostrato che la tecnologia ha effettivamente reso possibile la nutrizione e la protezione del feto all’interno di un dispositivo esterno, come dimostrano gli agnelli cresciuti al suo interno.

Una nuova incubatrice destinabile agli gli umani

Neonato pretermine
Neonato pretermine destinato all’incubatrice
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I neonati pretermine hanno basse probabilità di sopravvivenza: nella maggior parte dei casi, molti di questi piccoli pazienti sviluppano difficoltà respiratorie dovute ai polmoni prematuri, condizione conosciuta come displasia broncopolmonare. Risulta, pertanto, evidente la necessità di realizzare un supporto extra-uterino. Il sistema realizzato dalla presente ricerca è una tecnologia che viene inseguita e studiata da almeno 50 anni, sebbene la primissima incubatrice sia stata inventata nella metà del XIX secolo, diffusasi poi in massa a partire dal 1898. Il concetto chiave attorno cui ruota l’intera ricerca è la replica fedele della placenta, ossia lo scambio di gas e nutrienti, oltre alla protezione del feto.

I ricercatori hanno voluto sviluppare un sistema che ovviasse le precedenti problematiche, come lo scompenso cardiaco dovuto a pompe per l’ossigenazione (l’eccessiva pressione dei gas potrebbe compromettere il ritmo cardiaco) o l’uso di incubatrici “aperte”, che possono favorire la contaminazione dell’ambiente e provocare sepsi neonatale (infezione invasiva).
La ricerca è stata eseguita utilizzando 8 agnellini tra i 105 e 120 giorni di gestazione (corrispondenti alle 23/24 settimane di gestazione umana), ognuno dei quali ha risposto in modo positivo alle sperimentazioni.

Il nuovo dispositivo abbatte questi ostacoli ed è costituito da 3 principali componenti: un circuito arteriovenoso senza pressione, un sistema chiuso “Biobag” (sigillato e sterile) riempito con una soluzione elettrolita che funge da liquido amniotico ed una nuova tecnologia per il cateterismo della vena ombelicale, che permette lo scambio di fluidi con l’esterno. L’intero sistema simula, dunque, una normale gestazione.

(a) Circuito dell'intero sistema; confronto del feto dell'agnello (b) a 107 giorni di gestazione e (c) a 28 giorni dall'incubazione.
(a) Circuito dell’incubatrice neonatale; confronto del feto dell’agnello (b) a 107 giorni di gestazione e (c) a 28 giorni dall’incubazione.
Credits: nature.com

Il circuito arterio-venoso privo di pompaggio ha permesso di minimizzare le ripercussioni che un’alterazione pressoria (dovuta a squilibrate pressioni parziali dei gas nel sangue) potrebbe avere sulla circolazione del feto: in tal modo, l’intera circolazione è dunque gestita e “guidata” dal naturale battito cardiaco del feto che, combinato ad un sistema di ossigenazione a bassissima resistenza, conferisce un’ottima stabilità emodinamica, evitando insufficienze circolatorie.

L’ambiente chiuso e sterile, con design “Biobag”, costituisce la vera svolta di questo dispositivo. La sacca è formata da polietilene traslucido e flessibile (adattabile dunque alla crescita dimensionale) e contiene una semplice soluzione elettrolita all’interno del quale il feto viene posto tramite un’apertura laterale. La vera rivoluzione non risiede solo nell’eliminazione della contaminazione dall’esterno, ma contribuisce anche al mantenimento dell’interno dei polmoni pieni di liquido e di una giusta resistenza glottica (rapporto tra la pressione sottoglottica ed il flusso fonatorio), entrambi necessari per il corretto sviluppo delle vie aeree e dei polmoni stessi. Inoltre, il liquido funge da protezione oltre che da nutrimento.

Infine, il cateterismo della vena ombelicale è leggermente diverso dal solito: infatti, la singola cannulazione carotidea è stata sostituita da una doppia cannulazione dell’arteria ombelicale e da una singola cannulazione della vena ombelicale, al fine di ricreare ad hoc la fisiologia uterina materna. La doppia cannulazione dell’arteria ombelicale trasporta sangue deossigenato verso l’ossigenatore, in cui avviene lo scambio dei gas ossigenando il sangue che torna nella circolazione fetale grazie alla cannulazione della vena ombelicale, all’altezza della vena porta del feto.

“E’ stato veramente sorprendente”

asserisce Alan Flake, chirurgo fetale alla Children’s Hospital di Philadelphia che ha guidato la ricerca

“I feti di agnello hanno avuto una crescita del tutto normale, una crescita dei polmoni regolare, una crescita del cervello normale..insomma, una crescita normale in tutti i sensi”. 

Il monitoraggio è avvenuto con costanza quotidiana, grazie all’uso della strumentazione ad ultrasuoni (ecocardiografia) per il monitoraggio dell’eiezione cardiaca e della contrattilità.

Nonostante le aspettative dell’intera ricerca siano davvero alte, prima di applicarlo sui bambini ci vorrà ancora del tempo. “Altri grembi artificiali sono stati sperimentati, fallendo” spiega Olga Khazan “Nel 1966 il New York Times annunciò la realizzazione di un grembo artificiale a Tokyo, in cui un cucciolo di capra galleggiava in una sorta di “falso” liquido amniotico. Gli esiti non furono positivi”. Dunque, la ricerca è ancora aperta.
I ricercatori stessi hanno anticipato che le sperimentazioni saranno completate entro 2 anni e, se approvato, il dispositivo potrà essere utilizzato per gli esseri umani entro 3/5 anni.

Di seguito, il podcast in collaborazione con Scientificast, il blog e podcast di scienza, che ringraziamo per l’invito!

Ascolta “Un utero artificiale per quel mattacchione di Heisenberg – Scientificast #154” su Spreaker.
 

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