INGEGNERIA CHIMICA E
BIOMEDICINA: INTERAZIONI
SINERGICHE PER OBIETTIVI COMUNI
MARIO GRASSI
DIP. ING. CHIMICA UNIV. DI TRIESTE
INTERAZIONI
INGEGNERIA CHIMICA
BIOMEDICINA
PROCESSO
FONDAMENTALE
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
TRANSPORT PHENOMENA
Operazione unitaria diventa
obsoleta
1960
1950
BIRD, LIGHTFOOT,
STEWART, AMUNDSON,
ARIS:
Bilanci di massa,
energia, quantità di moto
Termodinamica
Cinetica Chimica
NOYES
e
WALKER
delineano il curriculum
dell’ing. chimico
GERMANIA;
USA; GRAN BRETAGNA
1920-1940
FONDAZIONE AIChE
1903-1908
Fine XVIII
sec
CHIMICA
DAVIS: Handbook of Chem.
Eng. (operazione unitaria)
HORPE (1898 – Outlines of
Industrial Chemistry)
NORTON (corso Ing. Chim.
MIT)
MONTECATINI (NH3)
1920
Produzione ferro (103 tons)
GB: 8600
USA: 4700
D: 3400
F: 2000
ITALIA: 17
1880
1811
Pubblicazione postuma di
PIROTECNICA (Biringuccio).
I° esempio di trattato in Ing.
Chimica
IMPERO
ROMANO:
INGEGNERIA
MILITARE
SNIA (Fibre)
Napoli: Ia Scuola in
Ingegneria
1540
Medio Evo
ALCHIMIA
0
SVILUPPO IN ITALIA
SITUAZIONE ATTUALE
GRICU
1974
Gruppo Ricercatori
Italiani di Ingegneria
Chimica dell’Università
31 Gennaio:
L’Ing. Chimica si
stacca ufficialmente
dall’Ing. Industriale
1960
TRANSPORT
PHENOMENA
AIDIC
1958
ENEL:
nazionalizzazione
energia
elettrica
EDISON:
investe l’indennizzo nella
chimica (BASF, BAYER)
1950-1960
Associazione Italiana di
Ingegneria Chimica
DIFFERENZIAZIONE DELL’ING. CHIMICA
FINANZIATORI:
National Institute of Health
National Science Foundation
ING. CHIMICA
1960
RICERCATORI:
BIRD, MERRILL,
GADEN, METZER
ING. CHIMICA
BIOMEDICA
ING. CHIMICA BIOMEDICA (1960-1980)
COLTON
LIGHTFOOT
(EMODIALIZZATORI)
(FLUSSO IN CONDOTTI ELASTICI)
C. K. Colton, et al., AIChE J. 17 (1971) 800
Cella di diffusione per la selezione
delle membrane più adatte
K. S. Nayak et al., Magnetic Resonance in Medicine
43 (2000) 251
Immagine MRI del flusso
sanguineo nelle coronarie
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
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)
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
SCAFFOLD
PELLE
CARTILAGINI
TESSUTI NERVOSI
TESSUTI EPATICI
TESSUTI UROLOGICI
STRUTTURE OSSEE
R. Langer, N. Peppas, AIChE J., 49 (2003) 2990
MEMBRANE IMMUNOISOLANTI
558 mm
INSULIN
MICROFABRICATED
MEMBRANE
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
PERMEAZIONE:
bilancio di massa
Soluto
ASSORBIMENTO INTESTINALE:
bilancio di massa e quantità di
moto
Soluto
Strato Corneo
Derma
Epidermide
H2O
Circolazione sanguinea
BIOMEDICINA
X sec
D. C.
GALENO
Scuola di Medicina
IPPOCRATE
Scuola di Medicina
II sec D.C.
V-IV sec
A.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 (chimicafisica e p. terapeutiche )
VIE AEREE
IMPIANTABILE
RETTALE
PARENTERALE
VAGINALE
OCULARE
ORALE
TRANSDERMALE
SCELTA DEL SISTEMA DI
RILASCIO PIU’ APPROPRIATO
CEROTTI
SOLUZIONI
SUPPOSTE
MICROEMULSIONI GEL MEMBRANE
COMPRESSE
COMPETENZE DI BASE legate
alla progettazione del SR ed
alle sua performance
REALIZZAZIONE DEL
SISTEMA DI RILASCIO
COMPETENZE
IMPIANTISTICHE E DI BASE
TEST IN VITRO
(CINETICA DI RILASCIO)
COMPETENZE DI BASE
TEST IN VIVO
(BIODISPONIBILITA’)
R. Langer, N. Peppas, AIChE J., 49 (2003) 2990
COMPETENZE DI BASE
(assorbimento, farmacocinetica)
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”