Un modello matematico e computazionale del cuore umano, interamente sviluppato al Politecnico di Milano, pensato per lo studio di patologie coronariche: questo è l’elemento centrale della ricerca pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature Scientific Reports, intitolato “A comprehensive mathematical model for cardiac perfusion“; il progetto, frutto della collaborazione tra i laboratori MOX del Dipartimento di Matematica e LaBS del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” del Politecnico di Milano, presenta i risultati dell’iHEART Simulator.
Ciò che rende iHEART Simulator unico – spiega il Politecnico di Milano – è la sua capacità di integrare in un’unica piattaforma i complessi processi dell’elettromeccanica, dell’emodinamica e della perfusione cardiaca. Questo livello di integrazione offre una precisione biofisica senza precedenti nella simulazione delle funzionalità cardiache e delle relative patologie.
Uno degli aspetti più innovativi di questo studio è l’applicazione di questo modello all’analisi delle patologie coronariche, come le ischemie e l’infarto miocardico acuto. Grazie all’iHEART Simulator, i ricercatori saranno in grado di studiare queste malattie in modo più dettagliato e accurato, aprendo la strada a nuove terapie.
In collaborazione con l’IRCCS Ospedale San Raffaele di Milano e con l’Humanitas Research Hospital di Milano, il progetto iHEART ha inoltre sviluppato modelli matematici per comprendere le aritmie cardiache come la tachicardia ventricolare o la fibrillazione atriale. Questi modelli hanno permesso di identificare fattori chiave per l’insorgenza e il mantenimento delle aritmie.
Si è così verificato come la matematica cardiaca riesca a supportare e a consolidare lo studio elettrofisiologico nella localizzazione delle zone di intervento sulla parete del cuore. Sono inoltre in avanzata fase di sviluppo algoritmi sempre più rapidi, che consentiranno di effettuare questo tipo di analisi in tempo reale, velocizzando in maniera significativa il processo decisionale dell’intervento.
In collaborazione con l’Ospedale Sacco di Milano, è stato inoltre sviluppato un modello che guida i cardiochirurghi nella rimozione di parte del setto interventricolare per trattare la cardiomiopatia ipertrofica ostruttiva. La simulazione matematica si inserisce nella fase preoperatoria, ed è stata considerata dai medici come efficace strumento di guida per il delicato intervento.
In collaborazione con l’Ospedale S. Maria del Carmine di Rovereto (TN), è stato creato uno strumento matematico per ottimizzare la terapia di risincronizzazione cardiaca. Ciò riduce il tempo di mappatura del ventricolo sinistro, necessario per l’impianto di un dispositivo di risincronizzazione, e quindi i tempi di esposizione del paziente ad un trattamento invasivo, e guida il posizionamento del catetere nel posto più curativo per il paziente scompensato.
L’iHEART Simulator è il risultato di anni di ricerca nel quadro del Progetto “iHEART” (Integrated Heart), finanziato dall’Unione Europea attraverso un ERC Advanced Grant. Il progetto, diretto e coordinato dal Professore Alfio Quarteroni, durato dal 2017 al 2023, ha mirato a sviluppare il primo modello matematico completo del cuore umano e delle sue patologie.
I risultati di questo studio sono stati presentati in una Plenary Lecture dal Professor Quarteroni alla conferenza ICIAM 2023 a Tokyo, dove è stato insignito del prestigioso Lagrange Prize dall’International Council for Industrial and Applied Mathematics (ICIAM).
L’articolo completo è consultabile su Nature Scientific Reports.
