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Indice
Introduzione………..………1
Capitolo 1: Matrice 3D per la crescita cellulare………..……..……….4
1.1 Introduzione: Ingegnerizzazione dei tessuti biologici………..………4
1.2 Proprietà di uno scaffold………..…6
1.2.1 Citocompatibilità e adesione cellulare…..………..…………..….…8
1.2.2 Tridimensionalità e Porosità……..………..………9
1.2.3 Prestazioni Meccaniche e Biodegradabilità……….….………9
1.2.4 Biomateriali usati per la realizzazione degli scaffold……….……….….………10
1.2.4.1 Materiali Sintetici….………..……….…….11
1.2.4.2Materiali di origine biologica………..…..12
1.2.5 Matrice Extracellulare Decellularizzata………..………..…..13
1.2.6 Agenti per la decellularizzazione……….…15
1.2.6.1 Agenti chimici………..………15
1.2.6.2 Agenti biologici………17
1.2.3 Agenti fisici e altri agenti………..…..17
1.2.7 Tecniche di applicazione degli agenti per la decellularizzazione………..………..18
1.2.8 Sterilizzazione della dECM………19
1.3 Ingegnerizzazione del tessuto epatico……….20
1.4 Scopo della tesi………21
Capitolo 2: Bioreattori, Bioreattore MCmB e modelli FEM………..……32
2.1 Differenza tra cellule in vivo e in vitro………..……….32
2.2 Problemi delle tradizionali colture in vitro………..………34
ii
2.4 Bioreattori per l’ingegnerizzazione del tessuto epatico………..40
2.5 Bioreattori MCmB………..43
2.5.1 Geometria del bioreattore modulare: primo prototipo………..…44
2.5.2 Analisi fluidodinamica del bioreattore modulare….………..………46
2.5.3 Shear stress………..……….48
2.5.4 Linee di flusso e vettori velocità………..………49
2.5.5 Modulo delle velocità sul fondo………..………50
2.6 Secondo prototipo del bioreattore modulare……….51
2.6.1 Geometria………51
2.6.2 Analisi della fluidodinamica………53
2.7 Confronto tra primo e secondo prototipo di bioreattore modulare..………..……….55
Capitolo 3: Realizzazione, caratterizzazione e modellazione meccanica di uno scaffold….59 3.1 Realizzazione scaffold 3D in gelatina………59
3.1.1 Materiali e metodi……….………62
3.2 Realizzazione di scaffold 3D in dECM di fegato di maiale…..………..………63
3.3 Porosità e Swelling Ratio.……….66
3.3.1 Analisi della porosità e swelling ratio degli scaffold 3D in gelatina………66
3.3.2 Risultati……….………67 3.4 Permeabilità………….……….………69 3.4.1 Legge di Darcy………..………..………69 3.4.2 Materiali e metodi……….………..………70 3.4.3 Risultati……….………71 3.5 Caratterizzazione Meccanica.………72
3.5.1 Strumentazione per le prove stress strain….………..………73
3.5.2 Scaffold 3D in gelatina………75
iii
3.6.1 Modelli viscoelastici……..………..………77
3.6.2 Modelli a 2 moduli: Solido Lineare Standard…..………78
3.6.3 Modelli a 3 moduli: Modello di Burgers..………..………79
3.7 Multifit a parametri condivisi…….………79
3.7.1 Risoluzione modelli viscoelastici…..………80
3.7.2 Prove di stress strain…….………..………81
3.7.3 Analisi Scaffold 3D con il modello viscoelastico……….……….………83
3.8 Conclusioni……….….………84
Capitolo 4: Modelli complessi per l’ingegnerizzazione del fegato………87
4.1 Geometria………..…….………87
4.2 Realizzazione del modello.………88
4.3 Studio della fluidodinamica.………89
4.3.1 Dimensionamento del diametro degli scaffold..………..…………..90
4.3.2 Dimensionamento dell’altezza di ingresso………91
4.3.3 Flusso di ingresso………93
4.3.4 Altezza spugna……….………95
4.4 Realizzazione del bioreattore…….………96
4.5 Validazione sperimentale del modello CFD..………98
4.5.1 Set up sperimentale….….………..99
4.5.2 Risultati……….……….101
4.6 Conclusioni……….……….………..……….105
Conclusioni e Sviluppi futuri.……….108
