“Per simulare, in modo ancora imperfetto, un singolo battito cardiaco di un singolo paziente oggi serve una settimana di calcoli del più grande supercomupter europeo, in grado di effettuare centinaia di miliardi di operazioni al secondo”. Basta questo dato, snocciolato con noncuranza da Alfio Quarteroni, matematico italiano che insegna all’Ecole Polytechnique Fédérale di Losanna, per rendere l’idea della complessità e della visionarietà del progetto con cui ha ottenuto un ERC Advanced Grant da 2.350.000 euro per 5 anni.

La proposta che ha ricevuto i fondi europei, assegnati ai progetti di punta presentati da un singolo scienziato, si chiama iHEART e si pone l’obiettivo di creare un modello matematico completo per lo studio del comportamento del cuore umano e delle sue patologie, un autentico ‘cuore virtuale’, fatto da equazioni straordinariamente complesse, che si può adattare ad ogni singolo paziente.

Alfio Quarteroni

Quarteroni, e questa è la seconda notizia, ha deciso di usare questi fondi per costituire un’equipe di ricerca al Politecnico di Milano: un caso di rientro dei cervelli che coinvolgerà “25-30 persone, quasi tutti giovani tra i 23 e i 30 anni, che verranno con me a Milano. Ho scelto il Politecnico perché è un’eccellenza a livello internazionale e perché lo conosco bene: qui ho fondato anni fa un laboratorio di modellistica e calcolo scientifico, il Mox, in cui lavorano più di 50 ricercatori di straordinario livello” dice.

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Entrando nei dettagli, l’obiettivo di iHEART è quello di costruire un modello realistico completo, basato su equazioni di fisica e biologia, del cuore umano, a partire da dati clinici come ecografia, risonanza magnetica e tomografia assiale, per migliaia di pazienti.

Le sfide sono da vertigine: si dovranno integrare tutti i professi della funzione cardiaca, che coinvolgono diversi ambiti, come:

il campo elettrico : il cuore batte per impulsi elettrici che provocano la contrazione del miocardio e fanno funzionare la “pompa” cardiaca;

: il cuore batte per impulsi elettrici che provocano la contrazione del miocardio e fanno funzionare la “pompa” cardiaca; la mecccanica : per studiare il modello di contrazione e dilatazione;

: per studiare il modello di contrazione e dilatazione; la fluidodinamica : per capire come si comporta il sangue all’interno dei ventricoli e degli atrii;

: per capire come si comporta il sangue all’interno dei ventricoli e degli atrii; la dinamica dell’apertura e della chiusura delle quattro valvole cardiache.

Le ricadute potenziali di questo studio sono enormi, se si pensa che le malattie cardiache e cardiocircolatorie sono responsabili in Europa di oltre il 45% delle morti naturali e che i costi indotti per il sistema socio-sanitario continentale sono stimati in oltre 190 miliardi di euro l’anno. In più, si pensa che sarebbe possibile prevenire l’80% di queste patologie.

“Il ‘paziente virtuale‘ che vogliamo costruire basandoci su equazioni consentirà ai medici di capire meglio il funzionamento del cuore – dice Quarteroni – di prevenire alcune patologie senza bisogno di indagini invasive, di migliorare l’intervento terapeutico e chirurgico, quando necessari”.

Ma non si tratta solo di fare meglio, più rapidamente e con più dati, ma anche e soprattutto “di effettuare indagini e ottenere informazione su campi che fino ad ora non erano indagabili dai medici“.

Per esempio?

“Per esempio studiare la vorticità del flusso del sangue all’interno dei ventricoli, capire quali sono e come si comportano le forze che agiscono sulle valvole cardiache, studiare il potenziale elettrico durante la fibrillazione e l’infarto…”.

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