Utero artificiale: la tecnologia è pronta, noi?

Un problema di certo non trascurabile nel mondo globalizzato è la sopravvivenza dei bambini nati pre-termine, che possono soffrire di complicazioni gravi dovute alla mancanza di sviluppo degli organi o agli effetti collaterali delle terapie mediche. Finora, le tecniche per mantenere in vita i feti fuori dall’utero materno sono state poco efficaci, ma oggi, con l’innovativo dispositivo di EXTEND (Extra-uterine Environment for Newborn Development) è possibile ridurre drasticamente i numeri per favorire la crescita extrauterina dei nati estremamente prematuri.

Perchè è difficile mantenere in vita un neonato estremamente prematuro?

Un neonato estremamente prematuro è un bambino nato prima delle 28 settimane di gestazione. Questi bambini richiedono un’assistenza intensiva specifica per poter vivere, ma le loro probabilità di sopravvivenza restano comunnque molto scarse.
Prima di tutto, i loro organi non sono ancora del tutto formati e funzionanti. In particolare, i polmoni si trovano in uno stadio di immaturità, non hanno la capacità di effettuare gli scambi gassosi tra ossigeno e anidride carbonica in modo adeguato e sono privi di una sostanza, il suffractante, che permette agli alveoli di non collassare gli uni sugli altri. Per sostenere la respirazione dei neonati, si utilizza una macchina chiamata ventilatore, che eroga aria arricchita di ossigeno attraverso un tubo che viene inserito nella trachea. Tuttavia, può arrecare danni ai polmoni dei neonati, causando cicatrici e infiammazioni.
In secondo luogo, i nati pretermine, hanno una circolazione sanguigna instabile, sono soggetti ad emorragie sia interne che esterne e, a causa di un debole sistema immunitario, sono esposti ad un elevato rischio di infezioni batteriche e virali che determinano principalmente sepsi, meningiti ed enterocoliti necrotizzanti.
Risulta pertanto evidente come mantenere in vita un neonato estremamente prematuro sia una sfida scientifica e medica che richiede tecnologie avanzate e personale qualificato.

Lo studio

I ricercatori del Children’s Hospital di Filadelfia hanno progettato un dispositivo capace di consentire la sopravvivenza di feti di agnello all’età gestazionale di 95 giorni e di peso compreso tra i 600-700g per un massimo di 4 settimane. L’età gestazionale degli animali presi come modello corrisponde all’età gestazionale umana di 23-25 settimane alla quale, fuori dal grembo materno, il feto va in contro a decesso.

Obiettivi

Il sistema EXTEND utilizza un circuito di ossigenazione senza pompa collegato al feto tramite un’interfaccia del cordone ombelicale che viene mantenuta all’interno di un circuito chiuso di “liquido amniotico” che simula l’ambiente dell’utero fisiologico. I ricercatori hanno osservato che gli agnelli hanno conservato una buona stabilità emodinamica, normali parametri di emogasanalisi e ossigenazione ed hanno mantenuto la pervietà della circolazione fetale. Con un adeguato supporto nutrizionale, gli agnelli del sistema in analisi, mostrano una normale crescita somatica, maturazione polmonare, crescita cerebrale e mielinizzazione.

Struttura del dispositivo EXTEND

Il dispositivo è costituito da un sistema di tubi, canule e porte a tenuta stagna maneggiati dai ricercatori in un ambiente sterile. Le pecore gravide sono state sottoposte ad una isterotomia per accedere all’utero ed è stato inciso il cordone del feto per mettere in evidenza i vasi e procedere all’incanulazione. Gli animali sono stati fatti nascere chirurgicamente e successivamente inseriti nella BioBag attraverso una porta sigilabile. La BioBag è una membrana di polietilene che grazie alla sua trasparenza, permette di visualizzare il proseguimento della gestazione extrauterina. In seguito alla perfusione di liquido amniotico sintetito all’interno di BioBag, il dispositivo è stato trasportato un un supporto mobile termostatato capace di garantire una temperatura costante al feto. Il liquido amniotico sintetico, viene filtrato e incanulato attraverso una porta a tenuta stagna all’interno della BioBag. Mediante una seconda porta questo viene defluito, riciclato e successivamente rimesso in circolo.
Per quanto riguarda il fusso sanguigno extracorporeo, si basa su un sistema senza pompa dotato di due cateteri ombelicali (UA) che defluiscono il sangue refluo ricco di prodotti di scarto ad un ossigenatore collegato ad un miscelatore di gas a bassa resistenza. Il sangue filtrato viene arricchito di nutrienti (principalmente carboidrati, proteine e tracce di lipidi) e successivamente reinserito in circolo mediante un catetere ombelicale che simula l’azione della vena ombelicale (fisiologicamente nel feto le arterie ombelicali portano sangue privo di O2 e ricco di CO2, mentre la vena ombelicale sangue ricco di O2 e nutrienti). Gli scarti vengono analizzati per visualizzare una eventuale sofferenza fetale e successivamente scaricati.

Differenze tra il dispositivo BioBag e l’utero umano

L’utero è un organo piriforme, cavo ed impari che fa parte dell’apparato genitale femminile ed è tenuto in situ da vari legamenti che lo fissano alla parete pelvica e agli organi adiacenti.
Analogamente, la BioBag simula la funzione dell’utero umano in quanto risulta essere estensibile, riesce a contenere diversi litri di liquido amniotico ed è tenuto ”in situ” su un supporto termostatato atto a garantire la giusta temperatura e pressione a seconda della specie che viene impiantata al suo interno.

Lo scambio dei gas e dei nutrienti nell’utero materno avviene attraverso la placenta, un organo che si sviluppa durante la gravidanza e permette la comunicazione tra il sangue della madre e quello del feto attraverso il cordone ombelicale. Quest’ultimo è una struttura che contiene due arterie e una vena circondate da una sostanza gelatinosa ed irregolare.
Nel sistema della BioBag, la vascolarizzazione e l’ossigenazione dipendono da un ossigenatore e da un sistema di ricircolo e filtrazione tramite dei condotti che simulano l’azione della vena e delle arterie ombelicali.

Nel grembo materno il feto è immerso nel liquido amniotico, un fluido prodotto sia dalle membrane che rivestono l’utero che dal feto stesso. Il liquido amniotico permette il mantenimento di una temperatura costante, consente il movimento al feto, previene lo sviluppo di infezioni e favorisce lo sviluppo degli organi.
Una funzione analoga è svolta dal liquido amniotico contenuto all’interno della BioBag che, tuttavia, viene sintetizzato in laboratorio.

Infine, il corpo della madre permette la regolazione di parametri vitali quali temperatura, pH e pressione, mentre nel dispositivo di cui sopra, questi sono controllati con un sistema computerizzato che utilizza determinati algoritmi.

Conclusioni e prospettive future

Questo dispositivo potrebbe determinare un drastico calo delle morti e della morbilità dei nati estremamente pretermine. Tuttavia, anche se il modello ovino conferma la sicurezza e l’efficacia del metodo, restano comunque rilevanti le questioni etiche che andrebbero affrontate prima di passare agli studi sull’uomo. Inoltre, gli autori dichiarano di non voler applicare EXTEND a pazienti al di sotto della soglia di vitalità attuale, ma questa eventualità andrebbe comunque valutata e dovrebbe essere oggetto di riflessione etica.

Francesca Umina

Bibliografia

Un sistema extrauterino per sostenere fisiologicamente l’agnello estremamente prematuro | Comunicazioni sulla natura (nature.com)