Le persone con malattia renale in fase finale spesso subiscono l’emodialisi, un trattamento di filtraggio del sangue che sostiene la vita. Per rendere il processo il più veloce ed efficiente possibile, molte persone hanno “innesti di emodialisi” impiantati chirurgicamente. Questi innesti sono come bypass, collegare una vena a un’arteria principale, rendere più facile l’accesso al sangue e garantire che lo stesso sangue non viene filtrato due volte.

Ma gli innesti hanno un problema noto: i coaguli tendono a formarsi dove l’innesto è attaccato alla vena. Per la persona sottoposta a dialisi, ciò significa non solo una pausa dal trattamento ma anche un intervento chirurgico per rimuovere l’innesto e quindi un intervento chirurgico per impiantarne un altro.

Un team multidisciplinare della Washington University School of Medicine di St. Louis e della McKelvey School of Engineering dell’università ha ideato un nuovo modo di progettare innesti che riducono il rischio di coagulazione, alleviando infine le persone dal dolore, dall’inconveniente e dall’interruzione di questo trattamento critico.

Negli Stati Uniti, più di 500.000 persone hanno una malattia renale allo stadio finale.

“Questo è stato un problema persistente per i miei pazienti e sapevamo che doveva esserci un modo migliore“, ha dichiarato Mohamed Zayed, MD, PhD, professore associato di chirurgia e radiologia nella sezione di chirurgia vascolare e autore senior dello studio. “C’è solo così tanto diluenti di sangue che un paziente può tollerare per prevenire la coagulazione dell’innesto, quindi siamo trasformati da soluzioni farmaceutiche a meccanobiologia.”

Il campo della meccanobiologia considera tutte le proprietà fisiche di un sistema biologico, non semplicemente la chimica. In che modo le forze meccaniche in gioco — ad esempio pressione, elasticità, tensione — modellano la formazione di coaguli di sangue?

Per capirlo, i ricercatori hanno lavorato sotto il dominio del Center for Innovation in Neuroscience and Technology (CINT), un gruppo interdisciplinare che lavora per rimuovere le barriere classiche tra ingegneria e medicina per consentire uno scambio più fluido di idee e intuizioni.

Mentre era studente di un master alla McKelvey, l’autore principale Dillon Williams, ora dottorando presso l’Università del Minnesota, scrisse la sua tesi sulla riprogettazione degli innesti dialisi. “L’intuizione chiave di Dillon è stata che le caratteristiche dell’intervento chirurgico che il chirurgo in genere non controlla possono essere personalizzate per ridurre le possibilità che le cellule nel sangue ricevano gli spunti meccanobiologici che li portano a formare coaguli“, ha detto Guy Genin, professore faught di ingegneria meccanica alla Washington University e autore senior congiunto sul giornale.

Il chirurgo non deve semplicemente costruire un bypass, ma può anche agire come una sorta di ingegnere civile, prestando attenzione a uno specifico elemento di progettazione al fine di ridurre la probabilità di accumulo di cellule del sangue.

La ricerca del team ha rivelato che l’elemento di progettazione cruciale era l’angolo in cui l’innesto e la vena erano collegati. Potrebbe essere adattato in modo da ridurre sia alti che bassi tassi di ceppo di taglio nel sangue, una forza che deforma le pareti dei vasi sanguigni in un modo specifico.

“Questi possono essere quasi eliminati con una scelta giudiziosa dell’angolo di attacco“, ha detto Zayed. “Sebbene non sia sempre possibile raggiungere la gamma ottimale di angoli di attacco scoperti da Dillon, i risultati ci dicono come progettare innesti protesici che si trovano per ridurre sostanzialmente la trombosi [formazione di coaguli].“

Il lavoro è stato presentato come una domanda di brevetto non provvisoria — la seconda di Williams come studente McKelvey — e il team spera di portarla presto in clinica. “CINT ha una solida esperienza nel portare nuove tecnologie fino alla clinica“, ha dichiarato Eric Leuthardt, MD, professore di neurochirurgia e direttore del CINT e autore dello studio. “La Washington University è un luogo dove possiamo riunire le idee giuste e le persone giuste, compresi gli studenti mckelvey eccezionali come Dillon.”