Modellare ogni singola cellula di un cuore affetto da aritmia cardiaca
«Grazie a MICROCARD, saremo in grado di effettuare la simulazione di campioni di tessuto notevoli: si spera di cuori interi, con geometrie di cellule realistiche.»
In ambito industriale e scientifico, esiste una serie di attività di calcolo importanti che i supercomputer tradizionali fanno fatica a risolvere. Alcuni esempi di tali problemi complessi comprendono l’ottimizzazione dei flussi di traffico e problemi numerici fondamentali nel settore della chimica e della fisica per lo sviluppo di nuovi farmaci e materiali. Quasi tutte le persone hanno provato la sensazione di sentire battere all’impazzata il cuore o una sorta di svolazzamento nel petto. Per la gran parte di esse si tratta di un episodio momentaneo e innocuo, mentre per altre costituisce la prova di un’anomalia negli impulsi elettrici che regolano il battito cardiaco. Questa condizione potenzialmente letale è chiamata aritmia cardiaca. Per giungere a una migliore comprensione e curare questa condizione, i cardiologi si sono avvalsi di modelli elettrofisiologici numerici che suddividono il cuore in elementi, ognuno riguardante qualche centinaio di cellule. Tuttavia, questo tipo di approccio ha rivelato i propri limiti. «Fondamentalmente, questi modelli presuppongono che le cellule in ciascun gruppo stiano più o meno svolgendo la stessa funzione. Questa è un’ipotesi ragionevole quando si esamina un cuore sano, dove l’accoppiamento elettrico tra queste cellule è forte, ma ciò non vale per i cuori strutturalmente danneggiati», afferma Mark Potse, professore di ricerca specializzato in modellizzazione cardiaca presso l’istituto IHU Liryc, in Francia, e coordinatore del progetto MICROCARD. In presenza di un cuore malato con cicatrici lasciate da un infarto o cardiomiopatie diverse, l’attivazione elettrica potrebbe finire per girare a vuoto, portando il cuore a una possibile aritmia fatale. Poiché il comportamento specifico di ogni cellula è fondamentale in questi eventi, Potse e il suo gruppo impegnato nel progetto MICROCARD si propongono di rappresentare ognuna di esse in simulazioni alimentate dal calcolo ad alte prestazioni. «Esistevano modelli precedenti delle singole cellule, ma risultavano eccessivamente semplificati. Grazie a MICROCARD, saremo in grado di effettuare la simulazione di campioni di tessuto notevoli: si spera di cuori interi, con geometrie di cellule realistiche. Ovviamente, ciò richiede computer di gran lunga più potenti unitamente alle competenze per utilizzare in modo corretto queste macchine», spiega Potse. Finora, il progetto ha creato vari elementi costitutivi della nuova piattaforma. Siccome i modelli numerici sono impiegati ogni giorno da dozzine di gruppi di ricerca in tutto il mondo, è probabile che MICROCARD sarà adottata da vari gruppi per lo studio del comportamento di tessuti danneggiati e strutture cardiache complesse, tra cui i legami tra le fibre cardiache di Purkinje e il tessuto muscolare.
Parole chiave
MICROCARD, HPC, calcolo ad alte prestazioni, supercomputer, tecnologie, sovranità digitale, calcolo quantistico, innovazione, informatica verde, efficienza energetica, competenze, PMI