Un modello 3D per il flusso sanguigno predice gli attacchi di cuore

Il super computer Cadmos con 16000 microprocessori (l'equivalente di 8000 PC), installato presso l'EPFL nell'agosto 2009, ha subito mostrato uno dei suoi primi vantagi: la nascita del Laboratoro Multiscala.

Il gruppo di ricerca del laboratorio "Modellizzazione dei Materiali" ha recentemente sviluppato un programma, dei modelli accurati ed un sistema complesso del flusso sanguigno nel cuore degli individui ad una precisione senza precedenti di dieci milionesimi di metro o dieci micron.

Questi modelli individuali-specifici, che necessitano di sei ore di lavoro del supercomputer, terranno conto di dettagliati studi del sistema cardiovascolare e porteranno presto a prevedere in un paziente la nascita di alcune patologie cardiache come l'arteriosclerosi, o l' "inspessimento" delle pareti arteriose che spesso causano gli attacchi di cuore. Il programma di ricerca prevede lo sviluppo di un software adeguato per le applicazioni cliniche entro i prossimi due o tre anni.

"Quando si studia il flusso sanguigno nelle arterie, bisogna tener conto di un vasto numero di interazioni tra i fluidi che avvengono a differenti scale temporali e spaziali," spiega Simone Melchionna, direttore del progetto. Sulla base di una dettagliata scansione del cuore, la simulazione prende in considerazione più di due milioni di variabili differenti in modo da rappresentare un fluido contenente dieci milioni di globuli rossi. Utilizzando un altro super computer installato a Juoelich (Germania), il gruppo di ricerca ha migliorato ulteriormente le prestazioni del proprio progrogramma ottenendo la visualizzazione dell'interazione del plasma con i globuli rossi e anche con delle microparticelle. "Possiamo valutare tutto degli elementi e di come essi interagiscono tra di loro; spostamenti, stagnazioni e cambi di direzione", aggiunge Melchionna.

Questa precisione ci permetterà di individuare i primi segnali dell'arteriosclerosi, ovvero quando le prime placche inziano a formarsi sulle pareti delle arterie e a disturbare il flusso del sangue. Questa condizione, che crea una rigidità pericolosa e un blocco per questi vasi vitali, è la causa principale degli attacchi cardiaci, responsabili del 12% delle morti nel mondo. Questo tasso di mortalità aumenta fino al 16% nei paesi più ricchi, dove i cibi con alto contenuto di grasso e colesterolo sono molto comuni.

Permettere la diagnosi precoce dei processi che producono l'arteriosclerosi è un importante obiettivo della ricerca scientifica, ed in particolare della matematica applicata alle scienze biomediche.