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

INTERAZIONI INGEGNERIA CHIMICA BIOMEDICINA FONDAMENTALE PROCESSO

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

INGEGNERIA CHIMICA MODERNA 1960 TRANSPORT PHENOMENA Operazione unitaria diventa obsoleta BIRD, LIGHTFOOT, STEWART, AMUNDSON, ARIS: Bilanci di massa, energia, quantità di moto 1950 1920-1940 Termodinamica Cinetica Chimica FONDAZIONE AIChE DAVIS: Handbook of Chem. Eng. (operazione unitaria) 1903-1908 NOYES e WALKER delineano il curriculum dell’ing. chimico HORPE (1898 – Outlines of Industrial Chemistry) NORTON (corso Ing. Chim. MIT) Fine XVIII sec GERMANIA; USA; GRAN BRETAGNA CHIMICA

SVILUPPO IN ITALIA 1920 1880 1811 1540 Medio Evo MONTECATINI (NH3) SNIA (Fibre) 1920 Produzione ferro (103 tons) GB: 8600 USA: 4700 D: 3400 F: 2000 ITALIA: 17 1880 Napoli: Ia Scuola in Ingegneria 1811 1540 Pubblicazione postuma di PIROTECNICA (Biringuccio). I° esempio di trattato in Ing. Chimica ALCHIMIA Medio Evo IMPERO ROMANO: INGEGNERIA MILITARE SVILUPPO IN ITALIA

SITUAZIONE ATTUALE GRICU AIDIC 1974 1960 1958 1950-1960 Gruppo Ricercatori Italiani di Ingegneria Chimica dell’Università 1974 31 Gennaio: L’Ing. Chimica si stacca ufficialmente dall’Ing. Industriale 1960 TRANSPORT PHENOMENA 1958 AIDIC Associazione Italiana di Ingegneria Chimica 1950-1960 ENEL: nazionalizzazione energia elettrica EDISON: investe l’indennizzo nella chimica (BASF, BAYER)

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

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)

PUBBLICAZIONI D. Hershey, ed. Autore 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)

L. Leoni et al., Advanced Drug Delivery Review, 56 (2004) 211 MATERIALI BIOCOMPATIBILI a b L. Leoni et al., Advanced Drug Delivery Review, 56 (2004) 211 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 Aspetto microscopico del tessuto. SILICONE: a) 10X, c) 20X, e) 50X. PEG – SILICONE: b) 10X, d) 20X, f) 50X

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

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

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

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

VALIDITA’ GENERALE DEI BILANCI DI MASSA, ENERGIA, Q. MOTO Strato Corneo Derma Epidermide Soluto Circolazione sanguinea PERMEAZIONE: bilancio di massa H2O Soluto ASSORBIMENTO INTESTINALE: bilancio di massa e quantità di moto

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

? 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 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 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”