OxiFlame ha la possibilità di diventare il successore di ECMO. Il progetto, co-creato da scienziati dell’Università di Medicina della Slesia, avrà una portata globale?
La membrana avanzata per un maggiore flusso di ossigeno inaugura una nuova era nel trattamento dei pazienti con insufficienza cardiorespiratoria acuta. Gli ideatori del progetto sperano che sia giunto il momento per un successore dell'ossigenazione extracorporea a membrana (ECMO). Alla 6a competizione Start-Up-Med, che è stata un evento parallelo alla 9a conferenza sulle sfide della salute recentemente conclusasi a Katowice, l'Università di Medicina della Slesia a Katowice ha vinto nella categoria Centro medico/scientifico, presentando il progetto OXIFlame.
Cos'è l'ECMO?
Ossigenazione extracorporea del sangue (ECMO) Ossigenazione extracorporea delle membrane) è una tecnica che prevede l'ossigenazione del sangue e la rimozione dell'anidride carbonica da esso in un ossigenatore, utilizzando la circolazione sanguigna all'esterno del corpo.
L’ECMO viene utilizzato solo in pazienti con condizioni potenzialmente pericolose per la vita e curabili con grave insufficienza respiratoria e/o circolatoria che non hanno risposto ai metodi di trattamento convenzionali disponibili nelle unità di terapia intensiva.
L’ECMO non tratta il cuore o i polmoni, ma dà al paziente la possibilità di sopravvivere durante il periodo in cui questi organi falliscono. Dà al medico abbastanza tempo per curare la malattia che ha portato a una grave insufficienza cardiorespiratoria.
Esistono due sistemi di erogazione ECMO di base: l'ECMO VV venoso-arterioso viene utilizzato per supportare la respirazione, mentre l'ECMO VA veno-arterioso viene utilizzato per supportare il cuore e/o la respirazione.
VV ECMO è utilizzato in pazienti con sindrome da distress respiratorio acuto grave (ARDS), chiamata setto capillare alveolare, che provoca la fuoriuscita di liquido ricco di proteine nel tratto respiratorio. Il collasso delle sacche d'aria fa sì che i polmoni perdano la capacità di scambiare ossigeno e anidride carbonica, con conseguente ipossia (mancanza di ossigeno). Le cause dell’ARDS includono una serie di fattori, inclusi fattori infettivi e meccanici. Il volume di un respiro diminuisce drasticamente. In questa fase del trattamento, il paziente viene intubato e ventilato meccanicamente, ma a causa del basso volume corrente, le pressioni generate possono danneggiare i polmoni e l'uso di un ventilatore convenzionale diventa insufficiente.
L'ossigenazione extracorporea in questo contesto riduce o elimina il rischio di danno polmonare associato alla ventilazione meccanica invasiva nei pazienti con sindrome da distress respiratorio acuto grave.
L'ECMO VA viene utilizzato per supportare il cuore quando fallisce a causa di un infarto, arresto cardiaco, embolia polmonare o dopo un intervento chirurgico al cuore maggiore. L'ECMO VA mantiene in vita un paziente quando il suo cuore fallisce ed evita danni cardiaci associati a dosi elevate di catecolamine, farmaci che aumentano la pressione sanguigna, mantenendo la perfusione tissutale (flusso sanguigno ai tessuti).
Vantaggi e svantaggi dell'ECMO
Tuttavia, va sottolineato che l'ECMO è un trattamento altamente invasivo, quindi dovrebbe essere utilizzato solo quando il paziente non può essere stabilizzato con metodi convenzionali – come la ventilazione meccanica o l'uso di farmaci che aumentano la pressione sanguigna, e in condizioni potenzialmente letali è potenzialmente reversibile.
Pertanto è molto importante una corretta riabilitazione: il paziente giusto al momento giusto, con una malattia curabile.
Un po’ di storia…
Il primo bypass cardiopolmonare riuscito negli esseri umani fu eseguito da John Gibbon Jr. nel 1953, ma fu solo nel 1971 che l'ECMO originale fu utilizzato per supportare un paziente traumatizzato. Il paziente è rimasto in vita per 3 giorni e il dispositivo occupava l'intera stanza, ma è considerato il primo paziente a utilizzare questa tecnologia. Pochi anni dopo, nel 1975, Robert Bartlett annunciò il primo bambino salvato dall’ECMO.
Da allora sono proseguite le ricerche per migliorare il dispositivo. Il rivestimento dell'interno delle cannule, dei drenaggi e dell'ossigenatore stesso con eparina e albumina consente di ridurre l'intensità dell'anticoagulazione necessaria (da un prolungamento del tempo di coagulazione di quattro volte a una volta e mezza la norma). Ciò ha consentito di ampliare il campo di applicazione dell'ECMO, di ridurne le dimensioni e ora è composto da: ossigenatore ECMO (membrana di diffusione), pompa centrifuga, cannule, set di scarichi e scambiatore di calore (scaldatore).
Nonostante questa tecnologia avanzata e le numerose modifiche al suo funzionamento, i risultati del trattamento per i pazienti che necessitano di ECMO sono ancora lontani dall’essere ottimali perché solo il 30-58% dei pazienti idonei può essere liberato dal dispositivo e meno di loro sopravvivono in ospedale. Il periodo di riabilitazione dopo il trattamento è lungo e spesso non consente al paziente di ritrovare tutte le forze prima della malattia.
È il momento di Oxiflame!
Poiché si sono verificati diversi problemi con l'apparecchio, si è tenuto un incontro con esperti di tre diversi settori: un esperto ECMO riconosciuto, la Dott.ssa Ewa Trijnowska, medico del Dipartimento di Anestesiologia e Terapia Intensiva (Centro Cardiologico Slesia a Zabrze, Facoltà di Medicina) . Scienze a Zabrze, Università di Medicina della Slesia a Katowice), Ph.D., Hap. N.Medicina Simon Skozinski, Prof. SUM del Dipartimento e Clinica di Polmonare e Tubercolosi SUM (Facoltà di Scienze Mediche a Zabrze, Università di Medicina della Slesia a Katowice, specialista in malattie respiratorie e fisiopatologia respiratoria) e il Dr. hab. N.Medicina Andre Soinariwa, Prof. UŚL. (Specialista in biomateriali, Istituto di ingegneria biomedica, Università della Slesia a Katowice, Istituto di scienze sportive, Università di Educazione fisica a Katowice). Nella fase di prosecuzione dei lavori, il team dei promotori è stato supportato da scienziati e medici in rappresentanza delle tre università: Jadwiga Gabor, Hubert Okla, Mateusz Przybyla, Grzegorz Prusek, Agnieszka Skozinska, Piotr Knapik, Tomasz Darocha, Konrad Munderala e Katarzyna Mezia- Stec. , Arkadiusz Stanola, Barbara Szbikowska-Sroka, Magdalena Bobczyk.
Come risultato del lavoro svolto, è stato creato OXiFlame, un concetto completamente nuovo di costruzione dell'ossigenatore, che consente al dispositivo di funzionare in condizioni di ossigeno più simili alle condizioni fisiologiche osservate in natura. Il team ha creato un progetto per un dispositivo realizzato con materiali completamente diversi rispetto a prima. Il materiale creato da zero ha una superficie liscia, che riduce la possibilità di formazione di coaguli e, inoltre, il materiale poroso è pieno di molecole anticoagulanti. Questa innovazione rende “vivo” il materiale creato, proprio come la parete di un vaso sanguigno, e interagisce con il flusso sanguigno. Le molecole anticoagulanti che vengono separate dalla superficie dal flusso sanguigno durante il funzionamento del dispositivo vengono sostituite da nuove molecole che si diffondono (fluiscono) sulla superficie dall'interno del materiale, proteggendolo dalla coagulazione. Questo fenomeno, combinato con l'azione del dispositivo, migliora la permeabilità al gas, che attualmente si deteriora nel tempo negli ECMO attualmente funzionanti. I materiali testati nella tecnologia up-initio consentono inoltre l'uso di concentrazioni di ossigeno molto più basse rispetto ai dispositivi attualmente operativi. Grazie a questa innovazione sarà possibile ridurre lo stress ossidativo osservato nell’ECMO attualmente operativo, che aumenta l’attivazione endoteliale, attiva il sistema di coagulazione e contribuisce all’attivazione della migrazione dei leucociti e della reazione infiammatoria generalizzata. Questi fenomeni sono responsabili delle complicazioni attualmente osservate durante il trattamento ECMO, come il sanguinamento causato, tra l'altro, dall'attivazione del sistema di coagulazione nell'ossigenatore attualmente utilizzato, o la trombosi in caso di apporto troppo basso di anticoagulanti, che potrebbe portare all'aterosclerosi . Embolie, compresi ictus. Altre complicazioni comuni dello stress ossidativo sono: infezioni, sepsi e shock settico. Ciò crea la necessità di sostituire frequentemente la macchina per l'ossigeno attualmente in funzione nell'ECMO (14 giorni consigliati dai produttori).
I materiali utilizzati in OXiFLAME, grazie al concept proposto, permettono di evitare questi inconvenienti. La fase successiva dell'iniziativa durante il lavoro su OXiFLAME è stata quella di creare un ossigenatore completamente nuovo, che funzioni sul principio fisiologico controcorrente, derivato dalla normale struttura del tessuto del polmone o del rene. Ciò consente una significativa riduzione dell'apporto di ossigeno a concentrazioni inferiori al 50% della composizione della miscela respiratoria. Di conseguenza, è possibile ridurre significativamente la pressione dell'ossigeno, ridurre la probabilità di complicanze e allo stesso tempo prolungare la durata del dispositivo. La struttura dell'ossigenatore e l'utilizzo di un doppio circuito di flussi attraverso filtri dello stesso materiale consente di rimuovere i coaguli dal sistema senza la necessità di sostituire l'ossigenatore (attualmente ciò rappresenta un problema tecnico e può rappresentare un pericolo per il paziente). Eventuali piccoli coaguli non si troveranno nel flusso sanguigno prevalente perché il movimento vorticoso consentirà loro di essere rimossi in modo efficace.
Il futuro di Oxyflame
OXiFlame è stato presentato per la prima volta alla conferenza ELSO-ECMO di Boston nel 2022, dove è stato riconosciuto come il rapporto della conferenza più interessante. La soluzione è protetta da numerosi brevetti polacchi. È stato inoltre depositato presso gli uffici brevetti dell'Unione Europea e degli Stati Uniti d'America. – Per una rapida implementazione e sperimentazione in laboratorio e in condizioni cliniche, è necessaria la collaborazione con l'industria biomedica e noi siamo aperti a ciò – spiega il professore. Skozinski.
Fonte: Università di Medicina della Slesia
