Applicazioni ingegneristiche in ambito biomedico - Blocco 1

CASCATA DELLA COAGULAZIONE

Le due vie differiscono principalmente per:

1. l'agente iniziale che le attiva;
2. il numero di fattori coinvolti nella cascata.

I FATTORI DELLA COAGULAZIONE

• Tutti i fattori, eccetto il TF, circolano nel plasma in una forma inattiva (precursore)

La via estrinseca della coagulazione

La lesione di un vaso sanguigno produce la liberazione, dalle cellule danneggiate, di fosfolipidi e del fattore tissutale (TF).

• Attivazione del fattore VII
• Attivazione della "via comune"

La via estrinseca è più rapida per il minor numero di fattori che vi prendono parte.

La via intrinseca della coagulazione

Attivazione del fattore XII (fattore di Hageman) in seguito al contatto del sangue/plasma con una superficie con carica negativa: es. macromolecole di collagene delle membrane basali e dei tessuti connettivi o vetro.

Segue l'attivazione a cascata degli altri fattori fino alla "via comune".

Via più lenta

rispetto alla via alternativa perché comprende un maggior numero di fattori (XII, XI, IX e VIII).

• I fosfolipidi della superficie piastrinica favoriscono la cascata coagulativa - concentrando e posizionando i diversi fattori. - limitando spazialmente la formazione del coagulo
• Gli ioni Ca2+ presenti nel plasma si legano ai gruppi gamma-carbossilici dei fattori della coagulazione;
• la presenza dei gruppi carbossilici è dipendente dalla vit.K

Per poter bloccare la cascata di coagulazione o cambiamo la superficie del materiale e facciamo in modo che non parta la cascata (molto difficile) oppure posso intervenire a metà della cascata e blocco le reazioni che dipendono dal calcio (chelante=si lega alla molecola) se uso questi chelanti riesco a diminuire la disponibilità del calcio e non vado avanti nella cascata infine posso usare una molecola che blocca la trasformazione della protrombina in trombina tramite l'eparina. Si usa unanticoagulante che blocca la vitamina K riuscendo a bloccare la cascata MA se si blocca totalmente la coagulazione rischia di andare in contro a emorragie tentativo di tenereàparzialmente scoagulato il paziente. La fibrinolisi è la lisi del reticolo di fibrinogeno che diventa fibrina. Vi sono delle sostanze come gli urochinasi che sono dei farmaci che favoriscono la fibrinolisi e distrugge il coagulo. Es. coronaria chiusa, iniettivo urochinasi la quale però non entrerà nel vaso poiché è bòloccato.. vengono usati dei cateteri per farne arrivare anche solo poco in quel vaso. Bisogna cercare di sviluppare dei materiali che si comportano come quelli naturali, la superficie dei vasi non crea coagulazione perché e ricoperta da cellule endoteliali che occupano l’ultima porzione di strato MONOLAYER tonaca intima, le piastrine non aderiscono ma ci sbattono contro, sull’endotelio ci sono delle proteine legate a molecole di zucchero.

Formano i glicosamminoglicani che sono cariche positivamente e le piastrine essendo cariche negativamente si ha una repulsione elettrica. L'endotelio è pieno di glicocalici. Il glicocalice è una rete organizzata di glicoproteine, proteoglicani, glicosaminoglicani (GAGs), proteine plasmatiche che ricopre e protegge l'endotelio che è ottimo per tenere le piastrine lontane tramite forze di repulsione.

Per quanto riguarda il nostro materiale endoteliale, se si danneggia ad esempio a causa di un taglio o una condizione del vaso, potrebbe staccarsi una cellula dell'endotelio esponendo il sottoendotelio, e la cellula si appoggia alla matrice extracellulare composta da proteine del tessuto connettivo, glicosammide e l'acido ialuronico. È necessario che la matrice sia ben composta. Quindi, se l'endotelio si rompe, si appoggia sulla matrice che contiene tra le proteine anche il collagene al quale vi aderisce il fibrinogeno il quale si lega alle

piastrine crea la cascataàsie il coagulo. Se c’è la cellula endoteliale NON avviene la reazione.

Normalmente noi abbiamo un recettore sulla superficie di una cellula e se viene impegnato laparte interna diventa sensibile e legarsi ad una g protein innescando una reazione all’interno dellacellula. Il collegamento del primo messaggero attiva il secondo messaggero.

Quindi i segnali dei recettori attivano all’interno una reazione, si attivano le piastrine e partono lereazioni.

La piastrina non si lega al materiale in se ma alle molecole che aderiscono al nostro materialeAdesione attivazioneàtromboàMateriali diversi danno luogo a reazioni diverse

Una delle molecole è il Von Willbrand, e le piastrine non vi interagiscono finche non ho undanno all’endotelio perché il fattore Von Willebrand è avvolto in gomitoli che per via delflusso si distendono esponendo dei siti di legame ai quali si legano le piastrine.È

variazione della forma che dipende da dove si attacca la quale dipende dal flusso: lepiastrine insieme al fattore Von Willebrand sono sensibili alle variazioni di moto. Sono tutti dei fenomeni di tipo biochimico e meccanobiologici. Lezione 2 (28/02/22) Assorbimento delle proteine sulle superfici dei biomateriali Il sistema del complemento interviene quando c'è l'invasione del corpo umano quando ci sono microorganismi, i microrganismi saranno attaccati dal sistema immunitario ma se aspettiamo che siano le cellule ad individuare il microrganismo ora che si attivano ci vuole tanto. C'è un sistema basato su delle reazioni che comportano una serie di proteine che hanno l'obbiettivo di legarsi alla membrana dell'organismo e distruggerlo, la distruzione avviene se si distrugge la membrana del microorganismo. Se la membrana si rompe il microorganismo muore. La prima cosa che bisogna fare è riconoscere che ci sia qualcosa che sta invadendo, il

Il primo riconoscimento è a carico del sistema immunitario umorale, cioè quello legato a fattori che sono in soluzione (anticorpi) = proteine prodotte dalle cellule. Ci sono una serie di anticorpi molto specifici, sono tutti della stessa famiglia ma hanno una variabilità legata alla parte esterna dell'anticorpo che riconosce una molecola che è complementare per ingombro sterico della parte che si lega all'antigene e per le cariche elettriche che permettono alle molecole di avvicinarsi e legarsi. Questo legame fa sì che ci sia un attacco dell'anticorpo all'antigene. Abbiamo bisogno di avere anticorpi tutti diversi. Se l'antigene è una proteina sulla membrana dell'organismo, se l'anticorpo umano si ferma sul sito di legame vuol dire che è stato riconosciuto. Gli antigeni sono tantissimi, per questo è necessario avere tanti tipi di anticorpi che abbiano tutti parti terminali diverse tra di loro. Ci sono due

problemi1) se l'antigene è una molecola normale ad esempio introdotte con il cibo, si sviluppano le allergie (reazioni sbagliate da parte dell'organismo) 2) gli anticorpi sbagliano e riconoscono un antigene ma l'antigene è una molecola propria dell'organismo reazioni autoimmuni. Bisognerebbe bloccare il sistema immunitario per evitare di danneggiare l'organismo Un certo numero di molecole di anticorpo si fermano sulla superficie del batterio, la superficie esterna dell'anticorpo ha le stesse dimensioni e la stessa forma dell'antigene. La molecola è costituita da due sub unità legate tra di loro (ponti di solfuri) c'è un assemblaggio di 4 unità due a catena lunga e due a catena corta. Parte azzurra = costante per gli umani rimane invariata Parte colorata è la parte variabile. Si creerà sopra all'organismo un insieme di anticorpi che espongono solo la parte costante, quella.

La variabile è legata all'antigene. La molecola del complemento si lega agli anticorpi, il complemento si attiva quando vengono impegnati tanti siti di legame, quando le molecole dell'anticorpo si legano all'antigene ce ne sono un certo numero che fanno legare il complemento. Il sistema può innescare la reazione raffigurata perché la molecola grossa del complemento quando viene impegnata dagli anticorpi, produce delle altre frazioni della molecola, si staccano la frazione c1 e c4 che sono proteine appartenenti alla reazione del complemento che normalmente si scindono dalla parte non attivata esponendo dei siti di legame diventando attivate e dando luogo a reazioni di tipo enzimatico. Sono elementi che permettono ad un'altra reazione di avvenire.

Il complemento rilascia i fattori c1 e c4 i quali producono un'ulteriore azione enzimatica su c4 che produce una reazione che attiva c3. La frazione c3 si divide in c3a e c3b che trasforma la frazione c5 che

Attivata da luogo alla reazione del c5 attivato che fa legare c5ad altre molecole, si crea così un ammasso molecolare che è un complesso costutuito datanti elementi che costituiscono un anello che si lega alla membrana del virus(C6,C7,C8,C9). L'anello partito dalla membrana del batterio si incastra sulla membrana delbatterio dove c'è il doppio strato di fosfolipidi. L'anello fa si che ci sia il passaggio dall'interno all'esterno di ciò che c'era all'interno delbatterio, se ci sono diverse concentrazioni di ioni essi escono, cambia il potenziale dimembrana, si formano dei fori sulla membrana (dovuti agli anelli) e il batterio si disgrega. È una reazione a cascata, una volta sconfitto il batterio ci sarà l'eliminazione da parte deimacrofagi. Con i materiali artificiali, si attiva la reazione C3 del complemento e produce il C3a e il C3bche avviano la reazione (senza necessità degli anticorpi).

Con questi due elementi si attiva la reazione del complemento e si continuano ad attivare le cellule del sistema immunitario. Questa reazione continua ad attivare le cellule del sistema immunitario, non è favorevole per il materiale artificiale, bisogna capire quali sono i materiali che attivano più o meno questa reazione. Le cellule del sistema immunitario producono citochine e il paziente sviluppa la febbre, è l'interazione tra il materiale artificiale e la frazione C3 del complemento. Il materiale a contatto con il sangue fa aderire delle proteine, le proteine che agiscono fanno in modo che il fattore C3 del complemento aderisca alla proteina e si producano il fattore C3a e C3b. C3b si ferma qui. Il fattore C3a va ad attivare la risposta delle cellule del sistema immunitario producendo le citochine e attiva la reazione di opsonizzazione che distrugge le cellule del sistema immunitario, perché quando hanno esaurito la loro funzione vanno distrutte. Le caratteristiche

Le proprietà superficiali dipendono dalla forma, dalla rugosità e dalle cariche elettriche.