Applicazioni ingegneristiche in ambito biomedico

Biocompatibilità

La chirurgia è nata con lo sviluppo degli anestetici e gli antibiotici.

Viene messa a punto la tecnica di trapianto d'organo rigetto → terapia farmacologica.

Nuovi sviluppi della medicina

I nuovi sviluppi della medicina sono:

• Evidence-Based Medicine: i medici devono curare i pazienti tramite una medicina ben studiata e suffragata dalla letteratura.
• Medicina personalizzata: per terapie più personalizzate devono poter accedere allo storico data del paziente.
• Necessità tecnologiche.

Materiali e risposta biologica

Il primo problema per gli organi artificiali è la biocompatibilità.

Tutti i materiali utilizzati non vivi:

• In teoria non sono biocompatibili.

Il problema della biocompatibilità dei materiali artificiali con l'organismo umano coinvolge la superficie che è a contatto con il sangue.

Bisogna caratterizzarne la chimica, la morfologia, le sollecitazioni anche elettriche del materiale.

→ Risposta biologica legata all'interazione delle proteine (es. coagulazione).

Biocompatibilità

La chirurgia è nata con lo sviluppo degli anestetici e gli antibiotici.

Viene messa a punto la tecnica di trapianto d'organo.

Rigetto → Terapia farmacologica.

Nuovi sviluppi della medicina

I nuovi sviluppi della medicina sono:

• Evidence-based medicine: i medici devono curare i pazienti tramite la medicina più evoluta e susseguendo una letteratura.
• Medicina personalizzata: per terapie più personalizzate Clinical-data management ↓ devono poter accedere allo storico dati del paziente → necessità tecnologiche.

Biocompatibilità dei materiali artificiali

Il primo problema per gli organi artificiali è la biocompatibilità.

Tutti i materiali utilizzati non vivi, in teoria non sono biocompatibili.

Il problema della biocompatibilità dei materiali artificiali con l'organismo umano coinvolge la superficie che è a contatto con il sangue.

Bisogna caratterizzarne la chimica, la morfologia, lo scambio delle cariche elettriche del materiale.

→ Risposta biologica rispetto all'interazione delle proteine (es. coagulazione).

Complessa risposta biochimica a materiali estranei all'organismo.

Proteine, proprietà e componenti biologiche

• Proteine.
• Fibrinogeno.
• Fibronectina.
• VWF.
• Fattore coagulazione.
• Proprietà superficie.
• Chimica morfologia.
• Anche elettriche.
• Biologiche.
• Piastrine.
• Endotelina.
• Batteri.

Funzioni del sangue

Il sangue esercita numerose funzioni:

• Respiratoria (scambio ossigeno/CO2).
• Nutritiva.
• Escretrice.
• Termoregolatrice.
• Equilibrio ionico e acido-basico.
• Difesa.
• Coagulante.

Composizione del sangue

• Sangue.
• Plasma.
• Acqua.
• Ioni.
• Molecole.
• Ormonale.
• Prot.
• Proteine.
• Albumina.
• Glucoso.
• Lipidi.
• Parte corpuscolare 45%.
• GB.
• GR.
• Piastrine.
• Albumina.
• Globulina.

Plasma e proteine plasmatiche

Plasma contiene:

• Albumina - trasporta composti sangue.
• Immunoglobuline.
• Fattori coagulazione VIII e IX.

Il sangue ha funzione respiratoria, nutritiva, escretrice, termoregolatrice, difesa e coagulante (piastrine e fattori coagulazione).

Le piastrine hanno vita media di 10gg e misurano circa 3-4 mm.

Ruolo fondamentale nell'emostasi (controllo emorragie).

Emostasi e coagulo

Emostasi è suddivisa in diversi eventi:

La rete del coagulo è costituita da fibrina.

• Le piastrine aderiscono al tessuto connettivo.
• Aggregazione piastrine.
• Coagulo.

Fattore von Willebrand

Fattore von Willebrand.

Favorisce la fase emostatica, migliora l’adesione delle piastrine alle pareti danneggiate dei vasi e fa da ponte tra una piastrina e l’altra, agendo come collante.

• Vaso leso.
• Fattore von Willebrand.
• Adesione piastrinica.
• Degranulazione piastrinica e rilascio serotonina, ADP, trombossano.
• Formazione tappo piastrinico.

Attivazione piastrinica e coagulazione

L’attivazione piastrinica è accompagnata da esocitosi di fattore tromboplastico piastrinico.

I granuli piastrinici immettono i fattori della coagulazione plasmatica.

• Trasformazione della protrombina (inattiva) in trombina (attiva).
• La trombina trasforma il fibrinogeno (proteina solubile) in fibrina (proteina insolubile).

Blocca piastrine, GR e leucociti.

Coagulazione.

Una parte gelatinosa che rappresenta il coagulo chiude la porzione del vaso leso e dopo circa 60 min si separa dal siero.

I processi di riparazione tessutale vengono favoriti dall'azione dei fattori di crescita piastrinico, PDGF.

La lisi del coagulo si realizza grazie alla plasmina. L'enzima fibrinolitico presente.