Ενα τεχνολογικό θαύμα, δημιουργία γάλλων επιστημόνων, αναμένεται να δοκιμαστεί άμεσα: πρόκειται για μια τεχνητή καρδιά η οποία θα τοποθετηθεί σε μικρό αριθμό ασθενών μέσα στο 2012. Πρόκειται για ένα όργανο που θα μπορεί να συνοδεύει τους ασθενείς για το υπόλοιπο της ζωής τους, χωρίς να χρειαστεί αντικατάσταση. Εμπνευστής της τεχνητής καρδιάς είναι ο Αλέν Καρπεντιέ, ο καρδιοχειρουργός που εμπνεύστηκε τη βαλβίδα που φέρει το όνομά του και η οποία έχει ήδη μεταμοσχευθεί σε περισσότερους από ένα εκατομμύριο ασθενείς...
Αν η καρδιά του Καρπεντιέ αποδειχθεί εξίσου αποτελεσματική με τη βαλβίδα του, οι ασθενείς με καρδιακή ανεπάρκεια που περιμένουν (συχνά ματαίως) ένα συμβατό μόσχευμα θα μπορούν να αντικρίζουν το μέλλον με μεγαλύτερη αισιοδοξία. Σύμφωνα με το χρονοδιάγραμμα, οι κλινικές δοκιμές θα έχουν ολοκληρωθεί στους επόμενους μήνες και, εφόσον το αποτέλεσμα είναι θετικό, η καρδιά θα είναι στη διάθεση των ασθενών στα τέλη του 2013.
Η ιδέα να αντικατασταθεί ένα φθαρμένο ανθρώπινο όργανο με ένα τεχνολογικό προϊόν το οποίο θα εκτελεί την ίδια λειτουργία δεν είναι καινούργια. Εκθεμα στο Μουσείο Αρχαιοανθρωπολογίας Peabody της Βοστώνης το οποίο χρονολογείται από το 1800 π.Χ. αποδεικνύει ότι οι Μάγιας αντικαθιστούσαν τα φθαρμένα δόντια τους με κομμάτια από οστά ζώων τα οποία είχαν λαξέψει για να πάρουν το κατάλληλο σχήμα. Βεβαίως, τα δόντια είναι εύκολη υπόθεση. Το δύσκολο είναι να αντικατασταθούν εσωτερικά όργανα. Πώς να αντικαταστήσει κανείς μια «κουρασμένη» καρδιά; Η ιδέα και μόνο ακούγεται εξωπραγματική. Και όμως! Οι ολοένα αυξανόμενες κλινικές ανάγκες από τη μία και οι τεχνολογικές πρόοδοι από την άλλη οδήγησαν τους επιστήμονες στο να προσπαθήσουν να υλοποιήσουν αυτό το τιτάνιο έργο. Τα τελευταία 50 χρόνια μια σειρά προϊόντων έφθασε στην κλινική, άλλα με μεγαλύτερη και άλλα με μικρότερη επιτυχία.
Κυρίως επρόκειτο για συσκευές οι οποίες στόχευαν να ξεκουράσουν την καρδιά εν αναμονή μοσχεύματος, αν και υπήρξαν και κάποιες πιο φιλόδοξες προσπάθειες. Ενα από τα κυριότερα προβλήματα που εμφάνισαν αυτές οι συσκευές ήταν η δημιουργία θρόμβων (η οποία οδηγεί σε εγκεφαλικά επεισόδια – και όχι μόνο), ενώ σοβαρότατο πρόβλημα ήταν και το μέγεθος των ίδιων των συσκευών αλλά και των εξαρτημάτων που τις συνόδευαν (τα μεγέθη ήταν τέτοια που περιόριζαν την κινητικότητα των ασθενών).
Τα προβλήματα αυτά φαίνεται να έχει ξεπεράσει γαλλική εταιρεία η οποία προτίθεται, σύμφωνα με ανακοίνωσή της, να δοκιμάσει μια νέα τεχνητή καρδιά σε 4-6 ασθενείς μέσα στο 2012. Οι ασθενείς θα επιλεγούν μεταξύ ατόμων που πάσχουν από καρδιακή ανεπάρκεια τελικού σταδίου και για τους οποίους δεν θα υπάρχει συμβατό μόσχευμα. Εφόσον αυτή η πρώτη κλινική δοκιμή αποδειχθεί επιτυχής, θα υπάρξει μια ευρύτερη, με στόχο η τεχνητή καρδιά να βγει στην αγορά στα τέλη του 2013.
«Παιδί» του Καρπεντιέ η νέα καρδιά
Η τεχνητή καρδιά (κάτω δεξιά) έχει σχεδιαστεί να μοιάζει πολύ με την καρδιά ενός δότη (πάνω δεξιά). Το μόσχευμα (τεχνητό ή δότη) προσαρμόζεται στους κόλπους της καρδιάς του ασθενούς και στη συνέχεια συνδέονται τα μεγάλα αγγεία (αριστερά)
Αν το παραπάνω χρονοδιάγραμμα ακούγεται πολύ σύντομο για ένα τέτοιο επίτευγμα, στην πραγματικότητα δεν είναι: η προσπάθεια της γαλλικής εταιρείας να δημιουργήσει μια τεχνητή καρδιά για μεταμόσχευση έχει ξεκινήσει πριν από 20 χρόνια. Για την ακρίβεια η εταιρεία, η οποία ονομάζεται Carmat, συστάθηκε με στόχο τη δημιουργία τής εν λόγω καρδιάς. «Ψυχή» της εταιρείας είναι ο Αλέν Καρπεντιέ (Alain Carpentier), διάσημος γάλλος καρδιοχειρουργός, πρόεδρος σήμερα της Ακαδημίας Επιστημών της χώρας του, αλλά και αποδέκτης του Βραβείου Lasker. Ο Καρπεντιέ δεν έλαβε την εξαιρετική τιμητική διάκριση, η οποία συχνά είναι προπομπός του βραβείου Νομπέλ, για «ψύλλου πήδημα»: είναι ο άνθρωπος που επινόησε τεχνητές καρδιακές βαλβίδες με αντιθρομβωτική δράση. Οι βαλβίδες αυτές έχουν ως σήμερα μεταμοσχευθεί σε περισσότερους από ένα εκατομμύριο ασθενείς οι οποίοι δεν χρειάζεται να παίρνουν αντιθρομβωτική αγωγή μετά την επέμβασή τους.
Αλλά από τη δημιουργία βαλβίδας ως τη δημιουργία καρδιάς η απόσταση είναι τεράστια. Ετσι, στις αρχές της δεκαετίας του ‘90 ο Καρπεντιέ ζητεί την υποστήριξη του Jean-Luc Lagardere του οποίου η εταιρεία Matra ασχολείται με την αεροναυπηγική. Η Carmat δημιουργείται με κεφάλαια του Lagardere και στελεχώνεται με ανθρώπινο δυναμικό της Matra, κρατώντας αρχικά μυστικούς τους στόχους της. Το 2010, μετά τη δημιουργία αρκετών πρωτοτύπων που βαθμηδόν γίνονται μικρότερα, ελαφρύτερα και λιγότερο ενεργοβόρα, η εταιρεία ανακοινώνει ότι η τεχνητή καρδιά της είναι έτοιμη. Πρόκειται για ένα τεχνολογικό θαύμα 900 γραμμαρίων και 0,75 λίτρων, το οποίο λειτουργεί με μόλις 27 watt. Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις των επιστημόνων της Carmat, οι προδιαγραφές αυτές καθιστούν την καρδιά ικανή να εξυπηρετήσει τη μεγάλη πλειονότητα των ασθενών.
Η πρωτοτυπία της νέας συσκευής
Στην πραγματικότητα δεν πρόκειται για ολόκληρη καρδιά, καθώς δεν περιλαμβάνει κόλπους (οι κόλποι είναι τα δύο πάνω διαμερίσματα της τετράχωρης καρδιάς μας τα οποία δέχονται το αίμα που στη συνέχεια προωθούν στις κοιλίες...). Κατά τη διάρκεια της μεταμόσχευσης ο καρδιοχειρουργός θα κληθεί να διατηρήσει τους κόλπους του ασθενούς και πάνω τους να στερεώσει τη συσκευή. Αυτή περιλαμβάνει δύο κοιλίες και τέσσερις βαλβίδες οι οποίες λειτουργούν ακριβώς όπως αυτές της καρδιάς. Ετσι, μέσω της πρώτης βαλβίδας η δεξιά κοιλία θα δέχεται από τον αντίστοιχο κόλπο το αίμα που δεν έχει πια οξυγόνο. Μέσω της δεύτερης βαλβίδας το αίμα αυτό θα οδηγείται στην πνευμονική αρτηρία και από ‘κεί στους πνεύμονες. Επιστρέφοντας οξυγονωμένο από τους πνεύμονες το αίμα θα φθάνει στον αριστερό κόλπο του ασθενούς και μέσω της τρίτης βαλβίδας θα περνά στην αριστερή κοιλία, η οποία θα το σπρώχνει προς την αορτή μέσω της τέταρτης βαλβίδας.
Πώς όμως επιτυγχάνει η τεχνητή καρδιά τη μετακίνηση του αίματος από τις κοιλίες; Χάρη σε μια μαλακή μεμβρανική επίστρωση που διαθέτουν αυτές. Πίσω από την επίστρωση κυκλοφορεί έλαιο σιλικόνης. Δύο εξαιρετικά μικρές αντλίες σπρώχνουν με δύναμη το έλαιο σιλικόνης προς τις μεμβράνες, η μετακίνηση των οποίων προωθεί το αίμα προς την πνευμονική αρτηρία ή την αορτή. Στη συνέχεια οι αντλίες προσροφούν το έλαιο σιλικόνης, οι μεμβράνες υποχωρούν και έτσι οι κοιλίες είναι έτοιμες να ξαναδεχθούν το αίμα. Η μετακίνηση των μεμβρανών έχει σχεδιαστεί να μοιάζει με τη συστολή και διαστολή των τοιχωμάτων των κανονικών κοιλιών, πράγμα που σημαίνει ότι η τεχνητή καρδιά θα χτυπά όπως και η κανονική. Οσο για τις αντλίες, αυτές ελέγχονται από ένα μικροηλεκτρονικό σύστημα το οποίο προσαρμόζει τη λειτουργία τους με βάση τις πληροφορίες που δέχεται από ένα δεύτερο σύστημα ηλεκτρονικών αισθητήρων.
Με τους αισθητήρες των Airbus!
Οι ερευνητές της Carmat βασίζουν πολλά σε αυτούς τους αισθητήρες, κάποιοι από τους οποίους χρησιμοποιούνται στα Αirbus A380 καθώς και στην κονσόλα Wii της Nintendo. Στην πραγματικότητα οι εν λόγω αισθητήρες καλούνται να «εξανθρωπίσουν» την τεχνητή καρδιά. Παραδείγματος χάριν, αν ο ασθενής θέλει να γυμναστεί, να ανέβει μια σκάλα, ή να κάνει οτιδήποτε απαιτεί αύξηση της οξυγόνωσης των οργάνων, αυξάνεται η πίεση στον δεξιό κόλπο. Ενας στρατηγικά τοποθετημένος αισθητήρας το αντιλαμβάνεται και πληροφορεί το ηλεκτρονικό σύστημα, το οποίο με τη σειρά του δίνει εντολή στις αντλίες να αυξήσουν την παροχή αίματος. Οι προδιαγραφές της τεχνητής καρδιάς επιτρέπουν την κυκλοφορία έως και 9 λίτρων ανά λεπτό, πράγμα που θα επέτρεπε στους ασθενείς να ανεβούν μια μεγάλη σκάλα.
Αντιστοίχως προσαρμόζεται η παροχή όταν ο ασθενής μεταβάλλει τη θέση του, παραδείγματος χάριν όταν ξαπλώνει για να κοιμηθεί ή όταν ξυπνώντας το πρωί σηκώνεται από το κρεβάτι του. Οι αισθητήρες καλούνται μάλιστα να ανταποκριθούν και σε περιπτώσεις εκτάκτου ανάγκης, όπως παραδείγματος χάριν μια αιμορραγία. Η πτώση της πίεσης στον δεξιό κόλπο γίνεται αντιληπτή από τους αισθητήρες και το ηλεκτρονικό σύστημα δίνει εντολή να κρατηθεί η κυκλοφορία στο ελάχιστο δυνατόν ώστε να μειωθεί η απώλεια αίματος.
Πώς αποφεύγονται οι θρόμβοι
Η τεχνητή καρδιά της Carmat έχει την ανατομία μιας κανονικής καρδιάς
Βασική προϋπόθεση για την τεχνητή καρδιά ήταν αυτή να μην πυροδοτεί τη θρομβωτική διαδικασία, πράγμα που συμβαίνει όταν το αίμα έρχεται σε επαφή με ξένα υλικά. Σύμφωνα με την παρουσίαση των επιστημόνων της Carmat στο τελευταίο Ευρωπαϊκό Συνέδριο Θωρακοχειρουργικής στη Λισαβόνα της Πορτογαλίας χρησιμοποιήθηκε και για την καρδιά το υλικό που χρησιμοποιείται και στις βαλβίδες του Καρπεντιέ. Πρόκειται για το περικάρδιο, τον ιστό που περιβάλλει την καρδιά όλων των θηλαστικών. Το περικάρδιο είναι βόειας προέλευσης και προτού αξιοποιηθεί για τις βαλβίδες ή για την τεχνητή καρδιά υφίσταται ένα πλύσιμο με έναν οργανικό διαλύτη (γλουταρική αλδεΰδη), πράγμα που εξασφαλίζει ότι ο ιστός αυτός δεν θα εκληφθεί από τον οργανισμό του ασθενούς ως ξένο σώμα και έτσι δεν θα υπάρξει ανοσολογική αντίδραση εναντίον του μοσχεύματος. Το κατεργασμένο περικάρδιο επιστρώνει τις μεμβράνες στο εσωτερικό των δύο κοιλιών. Καθώς από τη φύση του είναι πλούσιο σε ίνες κολλαγόνου, διαθέτει την απαραίτητη ευλυγισία, ενώ ταυτόχρονα είναι ανθεκτικό στο μηχανικό στρες που θα υφίσταται στο εσωτερικό της τεχνητής καρδιάς.
Ωστόσο οι ιδιότητες του περικαρδίου δεν ήταν τέτοιες που να επιτρέψουν την επίστρωση με αυτό όλων των χώρων της τεχνητής καρδιάς. Ετσι, στις πλευρές του τοιχώματος που διαχωρίζει τις δύο κοιλίες χρησιμοποιήθηκε ένα πορώδες πολυμερές υλικό που ονομάζεται ePTFE και το οποίο στα τεστ με ανθρώπινο αίμα έδωσε πολύ ικανοποιητικά αποτελέσματα.
Τα υπόλοιπα υλικά που έχουν χρησιμοποιηθεί και τα οποία θα έρχονται σε επαφή με τους ιστούς του ασθενούς είναι υλικά που παραδοσιακά χρησιμοποιούνται στην ιατρική όπως το τιτάνιο και άλλα πολυμερή. Τέλος, προκειμένου να μειωθεί ακόμη περισσότερο ο κίνδυνος δημιουργίας θρόμβων, ο σχεδιασμός της καρδιάς είναι τέτοιος που αφενός να εξασφαλίζει την ομαλή ροή του αίματος (η χαοτική ροή ευνοεί τον σχηματισμό των θρόμβων), αφετέρου να αποτρέπει τη στασιμότητα του αίματος. Σύμφωνα με την προσομοίωση της ροής, το 99,5% του αίματος των κοιλιών ανανεώνεται με κάθε 5 χτύπους της καρδιάς.
Φυσικά για να γίνουν όλα τα παραπάνω απαιτείται ενέργεια. Η καρδιά λειτουργεί με μπαταρίες λιθίου οι οποίες προς το παρόν πρέπει να φορτίζονται κάθε τέσσερις ώρες. Καθώς όμως η κατά το δυνατόν μεγαλύτερη αυτονομία των ασθενών είναι ένα από τα ζητούμενα των γάλλων επιστημόνων, αυτή τη στιγμή σε συνεργασία με την εταιρεία Ρaxitech δημιουργούνται μπαταρίες οι οποίες θα φορτίζονται κάθε 12 ώρες. Η μικροσκοπική πρίζα για τις μπαταρίες θα εμφυτεύεται στο πίσω μέρος του αφτιού (πρόκειται για περιοχή με μικρή πιθανότητα ανάπτυξης λοιμώξεων), ενώ η συσκευή τροφοδοσίας των μπαταριών δεν ζυγίζει περισσότερο από 3 κιλά και θα είναι φορητή.
ΒΗΜΑ SCIENCE