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INGEGNERIA CHIMICA E BIOMEDICINA: INTERAZIONI SINERGICHE PER OBIETTIVI COMUNI MARIO GRASSI DIP. ING. CHIMICA UNIV. DI TRIESTE.

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1 INGEGNERIA CHIMICA E BIOMEDICINA: INTERAZIONI SINERGICHE PER OBIETTIVI COMUNI MARIO GRASSI DIP. ING. CHIMICA UNIV. DI TRIESTE

2 INGEGNERIA CHIMICA BIOMEDICINA INTERAZIONI PROCESSO FONDAMENTALE

3 TECNOLOGIE BIOMEDICHE TRASPORTO DI MASSA TRASPORTO DI CALORE TRASPORTO DI QUANTITA DI MOTO TERMODINAMICA EQUILIBRI MODELING RILASCIO REOLOGIA PROPRIETA CHIMICO-FISICHE FARMACI

4 INGEGNERIA CHIMICA MODERNA CHIMICA Fine XVIII sec GERMANIA; USA; GRAN BRETAGNA NOYES e WALKER delineano il curriculum delling. chimico HORPE (1898 – Outlines of Industrial Chemistry) NORTON (corso Ing. Chim. MIT) FONDAZIONE AIChE DAVIS: Handbook of Chem. Eng. (operazione unitaria) Termodinamica Cinetica Chimica 1960 TRANSPORT PHENOMENA Operazione unitaria diventa obsoleta BIRD, LIGHTFOOT, STEWART, AMUNDSON, ARIS: Bilanci di massa, energia, quantità di moto 1950

5 1540 Pubblicazione postuma di PIROTECNICA (Biringuccio). I° esempio di trattato in Ing. Chimica Napoli: I a Scuola in Ingegneria 1811 MONTECATINI (NH3) SNIA (Fibre) 1920 Produzione ferro (10 3 tons) GB: 8600 USA: 4700 D: 3400 F: 2000 ITALIA: SVILUPPO IN ITALIA ALCHIMIA Medio Evo 0 IMPERO ROMANO: INGEGNERIA MILITARE

6 ENEL: nazionalizzazione energia elettrica EDISON: investe lindennizzo nella chimica (BASF, BAYER) 1958 AIDIC Associazione Italiana di Ingegneria Chimica GRICU Gruppo Ricercatori Italiani di Ingegneria Chimica dellUniversità Gennaio: LIng. Chimica si stacca ufficialmente dallIng. Industriale 1960 TRANSPORT PHENOMENA SITUAZIONE ATTUALE

7 DIFFERENZIAZIONE DELLING. CHIMICA RICERCATORI: BIRD, MERRILL, GADEN, METZER FINANZIATORI: National Institute of Health National Science Foundation ING. CHIMICA 1960 ING. CHIMICA BIOMEDICA

8 ING. CHIMICA BIOMEDICA ( ) 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

9 ESEMPI DI ARGOMENTI TRATTATI SoggettoAutore Reologia del sangueMerrill (1959) Rene artificialeLeonard (1959) EmodialisiColton (1966) BiomembraneMichaels (1966) Biomateriali non trombogenetici Merrill (1967) Lenti a contattoPeppas (1976) Rilascio da matrici polimeriche Langer (1976) Idrogel intelligentiPeppas (1979)

10 PUBBLICAZIONI AutoreTitolo D. Hershey, ed.Chemical Engineering in Medicine and Biology, Plenum Press, New York (1967) R. C. SegraveBiomedical Applications of Heat and Mass Transfer, Iowa State University Press, Ames (1971) S. MiddlemanTransport Phenomena in the Cardiovascular System, Wiley, New York (1972) K. H. KellerFluid 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. CooneyBiomedical Engineering Principles, Dekker, New York (1976)

11 MATERIALI BIOCOMPATIBILI Aspetto macroscopico del tessuto intorno ad una membrana di Silicone (a) e di PEG – Silicone (b) dopo 17 giorni dallimpianto sottocutaneo (ratto) L. Leoni et al., Advanced Drug Delivery Review, 56 (2004) 211 a b

12 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

13 Rappresentazione schematica di un SRC autoregolantesi S. Z. Razzacki et al., Advanced Drug Delivery Review, 56 (2004) 185

14 INGEGNERIA TISSUTALE CELLS (STEM) CELLS + MEMBRANECELLS + SCAFFOLD R. Langer, AIChE J., 46(7) (2000) 1286

15 SCAFFOLD PELLE CARTILAGINI TESSUTI NERVOSI TESSUTI EPATICI TESSUTI UROLOGICI STRUTTURE OSSEE R. Langer, N. Peppas, AIChE J., 49 (2003) 2990

16 MEMBRANE IMMUNOISOLANTI RILASCIO DI INSULINA L. Leoni et al., Advanced Drug Delivery Review, 56 (2004) 211 INSULIN MICROFABRICATED MEMBRANE 558 m ENCAPSULATED CELLS IMMUNOGLOBULINS Na +, K +, Oxygen, Glucose

17 Strato Corneo Derma Epidermide Soluto Circolazione sanguinea PERMEAZIONE: bilancio di massa VALIDITA GENERALE DEI BILANCI DI MASSA, ENERGIA, Q. MOTO H2OH2O Soluto ASSORBIMENTO INTESTINALE: bilancio di massa e quantità di moto

18 BIOMEDICINA II sec D.C. GALENO Scuola di Medicina V-IV sec A.C IPPOCRATE Scuola di Medicina X sec D. C. PILLOLE RIVESTITE in uso in EUROPA

19 QUESTIONE CENTRALE PRINCIPIO ATTIVO SOMMINISTRAZIONE OTTIMALE ? - MIGLIOR EFFETTO TERAPEUTICO - DOSE MINIMA

20 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 PARENTERALE RETTALE VAGINALE OCULARE 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 GELMEMBRANE

21 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) 2990P. Chaturvedi, Curr. Op. in Chem. Biology 5 (2001) 452

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


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