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UNIVERSITA DEGLI STUDI DI GENOVA FACOLTA DI INGEGNERIA UN MODELLO POROELASTICO PER LO STUDIO DELLINFUSIONE DI UN FARMACO ALLINTERNO DI UN TESSUTO TUMORALE.

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Presentazione sul tema: "UNIVERSITA DEGLI STUDI DI GENOVA FACOLTA DI INGEGNERIA UN MODELLO POROELASTICO PER LO STUDIO DELLINFUSIONE DI UN FARMACO ALLINTERNO DI UN TESSUTO TUMORALE."— Transcript della presentazione:

1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI GENOVA FACOLTA DI INGEGNERIA UN MODELLO POROELASTICO PER LO STUDIO DELLINFUSIONE DI UN FARMACO ALLINTERNO DI UN TESSUTO TUMORALE Relatore: Chiar.mo prof. Alessandro Bottaro Allievo: Tobias Ansaldi Anno accademico 2009/2010 Marzo 2011

2 Sviluppo di un tumore Origine monoclonale Crescita iniziale molto lenta (fino a 2 mm) Switch angiogenico Crescita esponenziale

3 Profilo irregolare Diametro dilatato e non uniforme Tortuosità Elevata permeabilità e tendenza allemorragia

4

5 Terapie antitumorali Intervento chirurgico Radioterapia Chemioterapia

6 Chemioterapia localizzata Barriere fisiologiche: Elevata IFP Elevata densità cellulare ΔP tra tumore e tessuto sano circostante Efficacia dellagente terapeutico

7 Perché creare un modello per linfusione di un farmaco in un tumore solido? La chemioterapia localizzata presenta delle enormi potenzialità che purtroppo non possono essere sfruttate appieno a causa delle barriere prima citate. Si vuole quindi trovare un modello che ci consenta di ottimizzare le condizioni per liniezione del farmaco.

8 Il nostro modello

9 Le ipotesi Si considera un tumore solido attraversato da un fluido incomprimibile avente le seguenti caratteristiche: Mezzo poroso con conduttività idraulica dipendente dalla deformazione Forma sferoidale di raggio R, dipendenza dalla sola coordinata radiale r Deformazione elastico-lineare (piccole deformazioni) Moto stazionario, fluido Newtoniano Forze gravitazionali ed inerziali trascurabili

10 Il farmaco è iniettato nel centro del tumore La punta dellago penetrando nel tumore crea una piccola cavità La pressione dinfusione è assunta costante ed omogenea nella cavità

11 Scriviamo le equazioni che governano il fenomeno Per material elastici, la relazione fra tensione e deformazione è governata dalla legge di Hooke: [T] tensione effettiva [σ] tensione di contatto [E] tensore delle deformazioni del tessuto Lequazione di equilibrio di Cauchy si scrive: Trasformando in coordinate sferiche otteniamo la prima equazione del modello

12 Darcy e conservazione della massa Lequazione della conservazione della massa è data da q è la velocità di Darcy K è la conduttività idraulica del mezzo Legge di Darcy Dalla legge di Starling conduttività idraulica della parete dei vasi superficie vascolare per unità di volume Trasformando in coordinate sferiche otteniamo la seconda equazione del modello

13 Infine esprimiamo gli effetti anisotropi della conduttività idraulica come consigliato da McGuire et al. conduttività idraulica del mezzo quando le deformazioni sono nulle dove sono le componenti del tensore delle deformazioni, mentre M e α sono costanti ricavate empiricamente

14 Condizioni al contorno Le prime due condizioni si trovano ponendo la pressione in a dopo la deformazione uguale alla pressione dinfusione e la pressione in R al margine del tumore dopo la deformazione uguale a zero. Per riportare le condizioni su a e R predeformazione si approssimano le pressioni con uno sviluppo di Taylor al primo ordine : e Le altre due condizioni si ricavano dallequilibrio sia nella cavità che ai margini del tumore

15 Normalizzazione delle equazioni normalizziamo le equazioni con i parametri più rappresentativi. Le equazioni diventano dove

16 Normalizzazione delle condizioni al contorno Semplicemente Le equazioni del continuo sono state discretizzate con uno schema alle differenze finite del secondo ordine su MatLab.

17 Analisi perturbativa Seguendo lidea di Bonfiglio et al. (2010) esprimiamo le nostre incognite come potenze di δ Inoltre dallo sviluppo di McLaurin allordine 1 dellesponenziale possiamo scrivere

18 Ordine zero c.c. equazioni soluzione analitica: mentre cone

19 Ordine uno equazioni c.c. Le equazioni sono state discretizzate con uno schema alle differenze finite del secondo ordine simile a quello utilizzato per le equazioni complete.

20 Risultati Si considerano tre differenti casi: caso 1, caso2, caso3. caso generale caso 1 caso 2 caso 3 sono riportati i valori della simulazione ottenuta risolvendo le equazioni con lo schema completo per valori della pressione dinfusione pari a 27.5 mmHg e 76,25 mmHg

21 Pressione di infusione = 27.5mmHg

22 Pressione di infusione = mmHg

23 In figura si riporta landamento della portata in ingresso in funzione della pressione di infusione; i dati sono confrontati con quelli sperimentali di McGuire et al. (2006) per due diversi valori della conduttività del mezzo

24 Di seguito si confrontano i dati trovati con il modello completo e quello asintotico, per Conduttività idraulica più bassa. Nella condizione di δ=0.1 (p infusion = mmHg)

25 Se provassimo a confrontare i due metodi per un valore di decisamente alto, δ=0.3 si ottiene

26 Conclusioni Lo scambio di fluidi dai capillari alla matrice interstiziale ha un ruolo secondario Il parametro che più condiziona i risultati è la conduttività idraulica media del tumore Il nostro modello (semplice!) allordine zero sembra descrivere in maniera sufficientemente accurata il fenomeno su una gamma abbastanza larga di valori della pressione di infusione

27 Nuovi studi da seguire Per poter studiare il comportamento del tumore per grandi valori della pressione dinfusione serve una nuova teoria Un migliore affinamento della interazione tra flusso interstiziale e flusso intervascolare Infine la difficoltà più grande consiste nellanisotropia del tumore dal punto di vista strutturale.

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