Anual, insuficiența cardiacă afectează peste 10 milioane de persoane din SUA și Europa, iar perspectivele pacienților sunt adesea sumbre. Medicația poate controla starea pacienților doar pentru o anumită perioadă de timp, iar majoritatea acestora necesită un transplant cardiac complet. Totuși, anual, numărul donatorilor disponibili este din ce în ce mai mic în comparație cu numărul de persoane care necesită un transplant. Pentru unii pacienți, greutatea sau grupa de sânge a acestora înseamnă că șansele de a găsi un donator compatibil sunt practic zero.
Încă din anii 1950 s-au făcut încercări de proiectare a inimilor artificiale, dar acestea au avut un succes redus. De-a lungul timpului, multe teste efectuate pe inimile artificiale au implicat funcționarea acestora pentru doar câteva zile.
Sistemul complex de pompe și supape artificiale necesare pentru ca aceste dispozitive să bată de peste 100.000 de ori pe zi și de zeci de milioane de ori pe an se uzează, ceea ce înseamnă că inimile mecanice pot începe să cedeze chiar mai repede decât inimile bolnave pe care le înlocuiesc.
În prezent, cele câteva modele de inimi artificiale care au fost aprobate pentru uz în cazul oamenilor sunt utilizate doar ca ultimă soluție, pentru a oferi pacientului timp înainte de un transplant real. Pacienții trebuie să poarte în permanență cutii de alimentare greoi, iar cablurile care intră și ies din piept conduc adesea la apariția infecțiilor.
Totuși, dezvoltarea unui nou design complet, cunoscut sub numele de BiVACOR, ar putea revoluționa utilizarea inimilor artificiale și modul în care este tratată insuficiența cardiacă. În loc să încerce să reproducă modul în care o inimă reală pompează sângele, dispozitivul folosește un singur disc rotativ pentru a conduce fluidul către plămâni și corp. Deoarece pompa rotativă levitează între o serie de magneți, nu există uzură mecanică. Lipsa altor părți în mișcare înseamnă că restul inimii poate fi realizat din titan ultra-robust.
Pe lângă tehnologia care implică discul cu levitație de ultimă generație, inima BiVACOR își poate adapta funcționarea la cerințele fiziologice ale pacientului (astfel, aceasta va pompa mai repede în timpul exercițiilor) și poate fi realizată suficient de mică pentru a putea fi folosită și în cazul unui copil. De asemenea, cercetătorii speră ca, într-o bună zi, și tehnologia de încărcare fără fir să poată fi implementată în cadrul dispozitivului. Asta ar putea însemna că și bateria ar putea fi implantată.
BiVACOR este ideea doctorului Daniel Timms, care a început să dezvolte inimi artificiale atunci când tatăl său Gary, care era instalator, a suferit un atac de cord în anul 2001. Atunci când a apărut problema transplantului de inimă, Timms, care era încă student la acea vreme, a început să lucreze la un prototip folosind echipamente de imprimare 3D și instalații sanitare.
„Nu aveam bani pentru a face lucruri precum studii pe animale. Așadar, tatăl meu și cu mine am construit un sistem de circulație care reproduce funcția corpului uman”, a declarat Timms, care este în prezent director executiv al companiei BiVACOR Inc. și expert în tehnologia transplantului cardiac.
„Am mers la Bunnings, care este un magazin de hardware din Australia, și am construit o buclă de circulație pentru a testa dacă acest sistem asigură un flux și o presiune bune către diferitele zone ale corpului artificial pe care le-am creat. După aceea am rafinat dispozitivele”, a adăugat acesta.
În anul 2001, tehnologia discului rotativ era la început, dar aceasta a fost utilizată în implanturi care ajută fluxul de sânge în zonele deteriorate ale inimii. Ideea lui Timms a fost să ia această tehnologie și să o folosească pentru a proiecta o inimă de la zero.
„Efectiv toată lumea a renunțat la realizarea unei inimi artificiale totale. În schimb, erau fabricate aceste mici dispozitive care foloseau tehnologia discului rotativ și care puteau fi plasate, să zicem, doar în ventriculul stâng. Abordarea mea a fost utilizarea acestor dispozitive pentru o înlocuire totală de inimă”, a declarat Timms.
Prima implantare a unei inimi artificiale a fost efectuată în anul 1969 în cadrul Institutului Cardiac Texas din Houston. Pacientul a supraviețuit 64 de ore fără inima cu care s-a născut, iar realizarea a fost văzută ca un succes. În comunitatea științifică, speranțele că transplanturile artificiale de inimă vor deveni obișnuite în deceniile viitoare erau mari. Totuși, acest lucru nu s-a întâmplat. O jumătate de secol mai târziu, cardiologii care au anual din ce în ce mai mulți pacienți care suferă de insuficiență cardiacă încă așteaptă un dispozitiv care să poată îndeplini în mod fiabil funcția inimii.
BiVACOR a aprins din nou speranța acestora. Noul design nu numai că a strâns milioane de dolari sub formă de finanțări, dar a câștigat, de asemenea, sprijin din partea Institutului Cardiac Texas, care este lider în domeniul asistenței cardiace de ultimă generație.
„Marea inovație a dispozitivului este, fără îndoială, aceea că el nu seamănă deloc cu o inimă umană reală”, a declarat Timms.
Din anul 2019, BiVACOR a început să lucreze cu NASA pentru construirea unui hardware ultra-fiabil. Dispozitivul a fost testat pe o vacă, care nu numai că a rămas în viață, dar a reușit să se deplaseze și pe o bandă de alergat. Mai mult, în anul 2020, după decenii de dezvoltare, medicii au implantat temporar dispozitive BiVACOR în corpul pacienților umani supuși operațiilor de transplant cardiac, ca prim pas către studiile clinice. Înainte de a fi implantate inimile adevărate ale donatorilor au fost montate dispozitive personalizate, adaptate la dimensiunile anatomice ale pacienților, pentru a vedea dacă acestea funcționează corect.
În prezent, compania lucrează la primele prototipuri umane durabile. Planul este de a implanta timp de trei luni dispozitivele în corpul pacienților care nu găsesc un donator de inimă adecvat și de a monitoriza modul în care acestea funcționează. Pe termen lung, se speră ca inimile BiVACOR să poată înlocui funcția inimilor pacienților și să ofere speranță milioanelor de persoane care așteaptă sau nu sunt eligibili pentru transplanturi de inimă. Dacă va avea succes, dispozitivul va pune capăt uneia dintre marile provocări ale ingineriei biomedicale.