Ένα 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

99,5% του αίματος στις κοιλίες ανανεώνεται με κάθε 5 χτύπους της τεχνητής καρδιάς. 2-2,5 ώρες θα διαρκεί η μεταμόσχευση της τεχνητής καρδιάς, χρόνος που απαιτείται και για μεταμόσχευση του οργάνου από δότη
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.


Crash test ως το 2013

Μετά την τεχνητή βαλβίδα «Καρπεντιέ» ο καθηγητής ευελπιστεί να υπάρξει και καρδιά που θα φέρει το όνομά του


Ο Αλέν Καρπεντιέ και οι συνεργάτες του φαίνεται ότι έχουν σκεφθεί και την παραμικρή λεπτομέρεια. Το ίδιο ωστόσο πίστευαν και άλλοι επιστήμονες που προσπάθησαν να δημιουργήσουν τεχνητές καρδιές στο παρελθόν. Καθώς η τεχνητή καρδιά διαθέτει ανθρώπινες προδιαγραφές, δεν είναι δυνατόν να δοκιμαστεί σε πειραματόζωα, όπως απαιτούν οι συνήθεις προκλινικές δοκιμές. Οι επιστήμονες της Carmat όμως δεν θα μπορούσαν να μη δοκιμάσουν το επίτευγμά τους. Εχουν τοποθετήσει την καρδιά σε ένα πειραματικό σύστημα και τη δοκιμάζουν σε κατά το δυνατόν αληθινές συνθήκες: αίμα περνά από αυτή συνεχώς, ενώ οι συνθήκες μεταβάλλονται για να ανταποκρίνονται σε μια συνηθισμένη ημέρα ενός ασθενούς. Υπολογίζουν ότι στα τέλη του 2013 η καρδιά θα έχει λειτουργήσει για αρκετές ώρες ώστε να είναι βέβαιοι για την αξιοπιστία της σε βάθος χρόνου. Φυσικά, μόνο οι κλινικές δοκιμασίες θα δείξουν πράγματι αν η καρδιά του Καρπεντιέ θα μπορέσει να λύσει το πρόβλημα των χιλιάδων ασθενών με καρδιακή ανεπάρκεια που περιμένουν (συχνά ματαίως) ένα μόσχευμα. Αυτή τη στιγμή όλα είναι έτοιμα: οι χειρουργοί έχουν εκπαιδευθεί (υπολογίζεται ότι η μεταμόσχευση δεν θα παίρνει πάνω από 2-2,5 ώρες, όπως και στην περίπτωση μεταμόσχευσης κανονικής καρδιάς), ενώ έχει αρχίσει η διαδικασία επιλογής των πρώτων ασθενών στους οποίους θα δοκιμαστεί. Θα ξέρουμε στα τέλη του 2012...



Το ηλεκτρονικό σύστημα υψηλής τεχνολογίας που βρίσκεται ενσωματωμένο στην τεχνητή καρδιά της επιτρέπει να προσαρμόζει τη λειτουργία της με βάση τις εκάστοτε ανάγκες του ασθενούς


ΜΙΣΟΣ ΑΙΩΝΑΣ ΠΡΟΣΠΑΘΕΙΑΣ

1957

Οι αμερικανοί χειρουργοί Willem J. Kolff και Tet Akutsu επιτυγχάνουν να κρατήσουν στη ζωή έναν σκύλο στον οποίο έχουν μεταμοσχεύσει μια καρδιά από πλαστικό που λειτουργεί με πεπιεσμένο αέρα. Το ζώο επιβιώνει για 90 λεπτά.

1962

Ο αμερικανολιβανέζος καρδιοχειρουργός Michael DeBakey εμφυτεύει σε έναν ασθενή μια συσκευή η οποία παροχετεύει  το αίμα από την καρδιά για οκτώ ώρες. Ο ασθενής επιζεί στη συνέχεια για 12 χρόνια με τη δική του καρδιά.

1967

Ο νοτιοαφρικανός καρδιοχειρουργός Christian Barnard πετυχαίνει να αφαιρέσει μια ανθρώπινη καρδιά από δότη και να τη μεταμοσχεύσει σε έναν 55χρονο ασθενή, ο οποίος επιζεί για 18 ημέρες. Ο θάνατός του προκλήθηκε από πνευμονία.

1969

Οι καρδιοχειρουργοί Denton A. Cooley και Domingo Liotta εμφυτεύουν μια αεροκίνητη καρδιά με δύο κοιλίες σε ασθενή που ανέμενε μεταμόσχευση. Ο ασθενής επιβίωσε για τις 64 ώρες που χρειάστηκαν για να βρεθεί το μόσχευμα.

1982

Ο χειρουργός William de Vries μεταμοσχεύει σε ασθενή την πρώτη τεχνητή καρδιά Jarvik-7. Ο ασθενής επιβιώνει για 112 ώρες, πράγμα το οποίο θεωρείται αποτυχία. Επειτα από μερικές ακόμη αποτυχημένες προσπάθειες, το πρόγραμμα εγκαταλείπεται.

2001

Εμφυτεύεται σε ασθενείς η τεχνητή καρδιά Abiocor, φτιαγμένη από τιτάνιο και βιοσυμβατό πλαστικό. Μεταξύ των 13 ασθενών ο ένας ζει για 512 ημέρες, ο μέσος όρος επιβίωσης όμως είναι 5,3 μήνες.

2004

Η τεχνητή καρδιά CardioWest, η οποία είναι εξέλιξη της Jarvik-7, λαμβάνει έγκριση στις ΗΠΑ. Μεταμοσχεύεται μόνο σε ασθενείς που δεν έχουν άλλη εναλλακτική ενώ περιμένουν να μεταμοσχευθούν.

(ΒήμαScience)