Appunti Bioingegneria chimica Parte 2

INTERAZIONE BIOMATERIALE-CORPO UMANO: EFFETTO DELL'IMPIANTO SULL'OSPITE

CARICINOGENESI: Il dispositivo può provocare tumori. Questo effetto è remoto, in una curva di probabilità è al minimo.

INFEZIONE: (!= da infiammazione! Fenomeni != ). Reazione con sistema immunitario perché sono entrati nel corpo batteri o virus non desiderati (CAUSA ESOGENA). È una manchevolezza durante l'intervento chirurgico.

INFIAMMAZIONE: O per ingiuria chirurgica o per i continui movimenti tra il dispositivo e l'ospite. Presente quando ci sono virus e batteri estranei ma anche in presenza di lacerazioni, in presenza di materiali estranei -> Obiettivo: distruzione di agenti estranei. Se sono batteri -> interviene anche reazione immunitaria.

CITO E EMOTOSSICITÀ: Da evitare; NON esiste alcun materiale EMOCOMPATIBILE al 100%, perché è tessuto critico (e coagula).

SENSIBILIZZAZIONE ALLERGICA.

TOSSICITÀ SISTEMICA E REAZIONI IMMUNITARIE. L'impianto genera una situazione catastrofica.

FORMAZIONE DI EMBOLI: coagulo che si è formato nella protesi che non è sta attaccato alla protesi ma parte seguendo il flusso disangue. -> si blocca in vaso arterioso con diam simile -> può provocare infarto (se nel cuore) ictus (nel cervello), necrosi (arto/org)

B: EFFETTO DELL'OSPITE SULL'IMPIANTO

USURA. Causa: scorrimento relativo -> produz frammenti (=corpi estranei) -> Processo infiammatorio

FATICA MECCANICA: rottura in seguito a numero elevato di cicli. In più l'organismo umano butta fuori enzimi lisosomiali molto acidie aggressivi che possono fessurare il materiale. Le sue sezioni locali diminuiscono tutte.

OSSIDAZIONE, FESSURAZIONE SUPERFICIALE.

ENVIRONMENTAL STRESS CRACKING. Ho mat dentro un ambiente aggressivo che subisce degli sforzi. Effetto chim/meccanico

ASSORBIMENTO DEL MATERIALE DAI TESSUTI, DEGRADAZIONE

ENZIMATICA-CALCIFICAZIONE DEI MATERIALI, soprattutto a contatto con il sangue mat subiscono fenomeni di calcificazione. Subiscono processidi calcificazione i materiali naturali. Il metallo non calcifica, un homograft può calcificare.Il primo evento che avviene a seguito dell'impianto: SUPERFICIE RIVESTITA DA UNO STRATO PROTEICO: avviene adsorbimento diproteine e tutti gli eventi successivi dipendono da che proteine sono adsorbite sul materiale (COAGULAZIONE avviene se adsobiteprot della coagulaz!) -> Meglio rivestire prima mat con prot volute per evitare problema.

VALUTAZIONE RISPOSTA BIOLOGICA DEL MATERIALELe 2 categorie di TEST (IN VITRO e IN VIVO) seguono normativa ISO 10993; essa descrive i 18 test da effettuare per valutare lacompatibilità (indicazioni operative molto precise (tempi, quantità..)1. TEST IN VITRO (Test Cellulari) 2 tipi di TEST:1.1 CITOTOSSICITA' nei confronti di cellule in vitro; analisi della variazione della loro normale

le cellule vive o morte. Le cellule vive metabolizzano il MTT e producono un prodotto colorato, mentre le cellule morte non metabolizzano il MTT e rimangono incolorate. Questo test può essere utilizzato per valutare la vitalità delle cellule dopo l'esposizione a sostanze tossiche o per valutare l'effetto di un materiale sulla sopravvivenza cellulare. - TEST di VITALITÀ: Utilizza coloranti come il blu di tripano o il verde di eosina per evidenziare le cellule morte. Le cellule morte assorbono il colorante e appaiono di colore diverso rispetto alle cellule vive. Questo test può essere utilizzato per valutare l'effetto di un materiale sulla vitalità cellulare. - TEST di APOPTOSI: Utilizza marcatori fluorescenti come l'annexina V e il propidio iodide per rilevare l'apoptosi delle cellule. L'annexina V si lega alle membrane cellulari esterne delle cellule apoptotiche, mentre il propidio iodide penetra nelle cellule morte. Questo test può essere utilizzato per valutare l'effetto di un materiale sull'induzione dell'apoptosi nelle cellule. - TEST di CITOTOSSICITÀ: Utilizza marcatori come il lattato deidrogenasi (LDH) per valutare la citotossicità delle cellule. L'LDH è un enzima presente all'interno delle cellule e viene rilasciato nel mezzo di coltura quando le cellule muoiono. La quantità di LDH rilasciata può essere misurata per valutare l'effetto citotossico di un materiale sulle cellule. Questi sono solo alcuni dei metodi quantitativi utilizzati per valutare la vitalità e la morte cellulare. È importante scegliere il metodo più appropriato in base alle specifiche esigenze sperimentali e al tipo di cellule utilizzate.

distribuzcellule osservando quantità di formazano (cioè il prodotto) proporzionale alle cell vive. (METODO QUALITATIVO)- ALAMAR BLUE: I nuclei delle cellule vive sono blu, quelli delle cellule morte sono viola. (METODO QUALITATIVO: Guardo se prevale blu o viola)Vedere esempi sperimentali su slide capacità di causare anomalie

1.2 MUTAGENICITÀ / CARCINOGENICITÀ: genetiche tramite contatto diretto o indiretto con il materiale o con sostanze da esso rilasciate. SAGGIO DI AMES: rilevazione di mutazioni delle funzioni metaboliche dei batteri.

1.3 CITOCOMPATIBILITÀ CON SPECIFICO TESSUTO BIO3- Bioingegneria Chimica Gabriele Santicchi 2019/2020

Ma quali tipo di cellule da utilizzare?

CELLULE: In grado di vivere in ambiente artificiale se trattate adeguatamente; anche organi, ma tessuti NO (Richiedono >>perfusione).

Due tipi di cell: a) PRIMARIE: Isolate (espiantate) da paziente/organismo specifico; tuttavia nel corso del tempo duplicazione decresce..(Parametri biologici

più realistici;<<Riproducibilità, <<Reperibilità)b) IMMORTALIZZATE (=Cell. DI LINEA) : Nascono comeprimarie, ma con trasformaz chimiche/alterazionecodice genetico --> diventano cell 'tumorali' (siduplicano >velocem, proprietà costanti, immortali; seimpiantati possono dare orig a tumore)(Standardizzazione, >>Riproducilità,>>Reperibilità; alterazione param crescita eproliferaz cellulare -> Risposta NON fisiolog).. Di solito si usano le IMMORTALIZZATE, perchè risultati devono essere standardizzati- VANTAGGI: Sensibilità a materiali tossici; condizione sperimentali std; saggi economici e rapidi- SVANTAGGI: Ipersensibilità dovuta a accumulo metaboliti/sost tossiche; Risposte sperimentali per biocompat PARZIALE (<->NON direttamente trasferibile all'uomo)BIOFUNZIONALITA’ IN VITRO: analisi di determinati meccanismi del materiale con il tessuto; essi avvengono quando il

materiale entra in contatto con il tessuto vivente (IN VIVO); se ciò avviene in vitro.. si presuppone avvenga anche in vivo (non sempre vero)

1. ATTACCO CELLULARE
2. ADESIONE (SPREADING) CELLULARE
3. PROLIFERAZIONE CELLULARE
4. FUNZIONI BIOSINTETICHE SPECIFICHE PER IL TESSUTO CONSIDERATO

1 e 2: MICROSCOPIA OTTICA: Ingrandimento elevato + Colorazione cellule, per osservare i due fenomeni

INIBIZIONE DA CONTATTO: Se cellula in vitro è circondata da tutte altre cellule, se sono in confluenza e su piano Cominciano amorire (si 'staccano') causa: NON riescono a costruire altro piano per aggregarsi, obbligate a stare su piano. Condizione migliore di lavoro: 70% di confluenza

Vengono anche utilizzate MICROSCOPIA ELETTRONICA e A FLUORESCENZA

2. TEST IN VIVO (Impianti in modello animale)

Utilizzati quando TEST in VITRO risultano positivi;

Dopo l'intervento all'interfaccia non ho solo osso. Ho bisogno di un processo di guarigione (PROC INFIAMMATORIO, transitorio).

Sedopo 3 mesi ho ancora processo infiammatorio massiccio vuol dire che la protesi non ha funzionato. Se micromovimento relativo trala protesi e il tessuto che la accoglie PROC INF continua Fallimento; trovo NON l'osso ma callo (più molle) o parte infiammata. ITER DI FRONTE A UN MATERIALE NUOVO: 1. lo metto in ambienti diversi di temperatura e pH. 2. TEST FUNZIONALE: sottoposto a cicli a fatica. Se rilascia qualcosa studio ciò che rilascia. In questo modo ho solo valutato la biocompatibilità funzionale. 3. TEST IN VITRO: Metto mat in contatto con cellule immortalizzate e valutare ciò che succede. 4. Superati i 3 TEST IN VIVO su animale (es. topo). Si usa il sottocute del topo (contatto in vivo con cellule primarie). Analisi - biocompatibilità biologica, all'interfaccia mat - organismo vivente. Si va ad analizzare il tessuto biologico intorno. 4- Bioingegneria Chimica Gabriele Santicchi 2019/2020 Criteri Di Classificazione Cellule In Base A1.

PRESENZA NUCLEO PROCARIOTICHE: Organismi in cui mat genetico Non è racchiuso da nucleo; EUCARIOTICHE si2. 
PROVENIENZA: PRIMARIE o DI LINEA CONTINUA3. 
MECCANISMO DI CRESCITA DELLE CELLULE: 2 tipi
4. CELLULE ANCORAGGIO-DIPENDENTI (Colture in monostrato) Cell crescono se adese (ancorate), se NON adese sono morte
5. CELLULE IN SOSPENSIONE (Colture in sospensione)
6. MORFOLOGIA- SIMIL-EPITELIALI: cellule che aderisocno ad un substrato, forma poligonale. In vivo NON soffrono di inibizione da contatto.
- SIMIL-LINFOBLASTI: Cell che NON aderiscono a subs, ma rimagono in sospensione. Forma sferica
- SIMIL-FIBROBLASTI: Cell aderiscono ad un substrato; appaiono allungate e bipolari

CRESCITA CELLULARE IN VITRO
Maggior parte cell animali cresce in monostrato su un substrato solido. FASI:
1. LAG PHASE: cellule NON si dividono (N costante), avviene adattamento a nuovo ambiente (cell aderiscono al substrato)
2. LOG PHASE: Fase di proliferazione cell, crescita esponenziale
3. STATIONARY PHASE: Superficie

È interamente coperta da cellule (<-> CONFLUENZA) -> Cessaproliferazione (INIBIZ DA CONTATTO)4. DEATH PHASE: se la coltura viene protratta nel tempo -> RIP celluleQUINDI.. Per fare continuare la proliferazione Aumentare periodicamente la superficie! Meglio se in fase 2. (semi confluenza, ad es. 70%)Per costruire il grafico, è necessario sapere il tempo di duplicazione della cellula!HARVESTING: Procedimento di distacco delle cellule dal substrato, al fine di preparare una sospensione cellularePASSAGGIO: Trasferimento delle cellule da un contenitore ad un altro, conseguente al distacco delle cellule. Il termine è sinonimo di 'SUBCULTURE'Di conseguenza, da un campione di cellule prelevate dal paziente, posso produrre fiale dello stesso campione attraverso H.Come viene una coltura di cellule? Come si può duplicare? Come si distaccano le cellule dal substrato?Esse sono legate alla superficie grazie alla INTEGRINA (proteina transmembrana, escono dal citoscheletro e si attaccano alla superficie); all'interno delintegrine si legano con (coinvolto il collagene)..Utilizzo per rompere legame con substrato,poi centrifuga per creare fasi contententi le cell -> OttengoSi articola in diverse fasi; utile per calcolare .1. COLORAZIONE CON : cellule morte BLU, vive sono traslucide2. INOCULAZIONE CAMERA DI CONTA3. OSSERVAZIONE AL MICROSCOPIO OTTICO e CONTA CELLULAREConto le cellule vive/morte in ogni settore (4); per conoscere media cellule / mLDove N rappresenta cell vive in ogni4settore, 10 è il volume;f fattore di diluizione5- Bioingegneria Chimica Gabriele Santicchi 2019/2020 Risposta fisiologica in seguito a danno tissutale/intromissione di elemento estraneo nella pelle -> ingresso agenti patogeni con ancheterra, polvere,... quindi sia elementi vivi che morti, chemiotattici per i globuli bianchi, stimolati a uscire. Intorno ci sono anche i: modificano permeabilit&agra