INGEGNERIA CHIMICA E BIOMEDICINA: INTERAZIONI

SINERGICHE PER OBIETTIVI COMUNI

MARIO GRASSI

DIP. ING. CHIMICA UNIV. DI TRIESTE

INGEGNERIA CHIMICA BIOMEDICINA

INTERAZIONI

PROCESSO

FONDAMENTALE

TECNOLOGIE BIOMEDICHE

TRASPORTO DI MASSA

TRASPORTO DI CALORE

TRASPORTO DI QUANTITA’ DI

MOTO

TERMODINAMICA EQUILIBRI

MODELING RILASCIO

REOLOGIA

PROPRIETA’ CHIMICO-FISICHE

FARMACI

INGEGNERIA CHIMICA MODERNA

CHIMICA

Fine XVIII secGERMANIA;

USA; GRAN BRETAGNA

1903-1908NOYES e WALKER delineano il curriculum dell’ing. chimico

HORPE (1898 – Outlines of Industrial Chemistry)

NORTON (corso Ing. Chim. MIT)

FONDAZIONE AIChEDAVIS: Handbook of Chem. Eng. (operazione unitaria)

1920-1940TermodinamicaCinetica Chimica

1960TRANSPORT PHENOMENA

Operazione unitaria diventa obsoleta

BIRD, LIGHTFOOT, STEWART, AMUNDSON,

ARIS:

Bilanci di massa, energia, quantità di moto

1950

1540

Pubblicazione postuma di PIROTECNICA (Biringuccio). I° esempio di trattato in Ing. Chimica

Napoli: Ia Scuola in Ingegneria1811

MONTECATINI (NH3)

SNIA (Fibre)1920

Produzione ferro (103 tons)GB: 8600USA: 4700D: 3400F: 2000ITALIA: 17

1880

SVILUPPO IN ITALIA

ALCHIMIAMedio Evo

0IMPERO

ROMANO:INGEGNERIA

MILITARE

1950-1960

ENEL: nazionalizzazione energia elettricaEDISON:investe l’indennizzo nella chimica (BASF, BAYER)

1958AIDIC

Associazione Italiana di Ingegneria Chimica

GRICU

Gruppo Ricercatori Italiani di Ingegneria

Chimica dell’Università

1974

31 Gennaio:

L’Ing. Chimica si stacca ufficialmente dall’Ing. Industriale

1960TRANSPORT PHENOMENA

SITUAZIONE ATTUALE

DIFFERENZIAZIONE DELL’ING. CHIMICA

RICERCATORI:BIRD, MERRILL,

GADEN, METZER

FINANZIATORI:National Institute of Health

National Science Foundation

ING. CHIMICA1960

ING. CHIMICABIOMEDICA

ING. CHIMICA BIOMEDICA (1960-1980)

COLTON (EMODIALIZZATORI)

Cella di diffusione per la selezione delle membrane più adatte

C. K. Colton, et al., AIChE J. 17 (1971) 800

LIGHTFOOT (FLUSSO IN CONDOTTI ELASTICI)

Immagine MRI del flusso sanguineo nelle coronarie

K. S. Nayak et al., Magnetic Resonance in Medicine 43 (2000) 251

ESEMPI DI ARGOMENTI TRATTATI

Soggetto Autore

Reologia del sangue Merrill (1959)

Rene artificiale Leonard (1959)

Emodialisi Colton (1966)

Biomembrane Michaels (1966)

Biomateriali non trombogenetici

Merrill (1967)

Lenti a contatto Peppas (1976)

Rilascio da matrici polimeriche

Langer (1976)

Idrogel intelligenti Peppas (1979)

PUBBLICAZIONIAutore Titolo

D. Hershey, ed. Chemical Engineering in Medicine and Biology, Plenum Press, New York (1967)

R. C. Segrave Biomedical Applications of Heat and Mass Transfer, Iowa State University Press,

Ames (1971)

S. Middleman Transport Phenomena in the Cardiovascular System, Wiley, New York

(1972)

K. H. Keller Fluid Mechanics and Mass Transfer in Artificial Organs, ASAIO, Washington, DC

(1973)

E. N. Lightfoot Jr.

Transport Phenomena and Living Systems, Wiley, New York (1973)

D. O. Cooney Biomedical Engineering Principles, Dekker, New York (1976)

MATERIALI BIOCOMPATIBILI

Aspetto macroscopico del tessuto intorno ad una membrana di Silicone (a) e di PEG – Silicone (b) dopo 17 giorni dall’impianto sottocutaneo (ratto)

L. Leoni et al., Advanced Drug Delivery Review, 56 (2004) 211

a

b

Aspetto microscopico del tessuto. SILICONE: a) 10X, c) 20X, e) 50X. PEG – SILICONE: b) 10X, d) 20X, f) 50X

L. Leoni et al., Advanced Drug Delivery Review, 56 (2004) 211

Rappresentazione schematica di un SRC autoregolantesi

S. Z. Razzacki et al., Advanced Drug Delivery Review, 56 (2004) 185

INGEGNERIA TISSUTALE

CELLS (STEM)

CELLS + MEMBRANE CELLS + SCAFFOLD

R. Langer, AIChE J., 46(7) (2000) 1286

SCAFFOLD

PELLECARTILAGINI TESSUTI NERVOSITESSUTI EPATICITESSUTI UROLOGICISTRUTTURE OSSEE

R. Langer, N. Peppas, AIChE J., 49 (2003) 2990

MEMBRANE IMMUNOISOLANTI

RILASCIO DI INSULINA

L. Leoni et al., Advanced Drug Delivery Review, 56 (2004) 211

INSULINMICROFABRICATED

MEMBRANE55

8 m

ENCAPSULATED CELLS

IMMUNOGLOBULINSNa+, K+, Oxygen,

Glucose

Strato Corneo

Derma

Epidermide

Soluto

Circolazione sanguinea

PERMEAZIONE: bilancio di massa

VALIDITA’ GENERALE DEI BILANCI DI MASSA, ENERGIA, Q. MOTO

H2O

Soluto

ASSORBIMENTO INTESTINALE: bilancio di massa e quantità di

moto

BIOMEDICINA

II sec D.C.GALENO

Scuola di Medicina

V-IV sec A.C

IPPOCRATEScuola di Medicina

X sec D. C.

“PILLOLE” RIVESTITE in uso in EUROPA

QUESTIONE CENTRALE

PRINCIPIO ATTIVO

SOMMINISTRAZIONE OTTIMALE

?

- MIGLIOR EFFETTO TERAPEUTICO

- DOSE MINIMA

SISTEMI FARMACEUTICI

PRODUZIONE MATERIE PRIME

COMPETENZE IMPIANTISTICHE

SCELTA VIA DI SOMMINISTRAZIONE

COMPETENZE DI BASE legate al principio attivo (chimica-

fisica e p. terapeutiche )

ORALE

TRANSDERMALE

PARENTERALERETTALE

VAGINALEOCULARE

VIE AEREE IMPIANTABILE

SCELTA DEL SISTEMA DI RILASCIO PIU’ APPROPRIATO

COMPETENZE DI BASE legate alla progettazione del SR ed

alle sua performance

COMPRESSE SOLUZIONI

MICROEMULSIONI

CEROTTI

SUPPOSTE

GEL MEMBRANE

REALIZZAZIONE DEL SISTEMA DI RILASCIO

COMPETENZE IMPIANTISTICHE E DI BASE

TEST IN VITRO(CINETICA DI RILASCIO)

COMPETENZE DI BASE

TEST IN VIVO(BIODISPONIBILITA’)

COMPETENZE DI BASE(assorbimento, farmacocinetica)

R. Langer, N. Peppas, AIChE J., 49 (2003) 2990 P. Chaturvedi, Curr. Op. in Chem. Biology 5 (2001) 452

BIODISPONIBILITA’

“Frazione della dose di principio attivo che diviene disponibile al sito (fisiologico) di azione dopo somministrazione”