Misurazione diretta della permeabilità idraulica di tessuti molli tramite l'utilizzo di una procedura automatica ottimizzata

Permeability is an important property for soft tissues that influences and contributes to the trophic and mechanical functions of the tissue itself. To study this parameter for human osteoarthritis cartilage and swine cornea, an experimental set-up for direct measurement was initially optimized, acting mainly on the control software, made in the LabView environment, automated testing. The results obtained from the direct permeability tests, based on Darcy's law, were compared with stress-relaxation measurements in confined compression configuration, for which the analytical model proposed by Mow and Lai was exploited. While the results of the direct test were found to agree with literature, the permeability values indirectly obtained from the analytical model appear to be of a higher order of magnitude, demonstrating that this second methodology overestimates of this measure. Biochemical analyses were carried out on cartilage samples to analyse the content of glycosaminoglycans (GAGs) and correlate this with the permeability and tissue HA values. As per the literature, there was a moderate positive correlation between GAG and HA and a weak negative correlation between GAG and the permeability value of direct evidence. On the other hand, contrary to what would be expected, the correlation between GAG and indirect permeability has been positive, albeit weakly. Finally, we used a simple model in Comsol to estimate the parameters to be included in the direct test settings.

La permeabilità è una proprietà importante per i tessuti molli che influenza e contribuisce alle funzioni trofiche e meccaniche del tessuto stesso. Con l’obbiettivo di studiare questo parametro per la cartilagine umana osteoartritica e la cornea suina si è inizialmente ottimizzato un set-up sperimentale per la misurazione diretta, agendo principalmente sul software di controllo, realizzato in ambiente LabVIEW, per l’automatizzazione della prova. I risultati ottenuti con le prove di permeabilità diretta, basate sulla legge di Darcy, sono stati messi a confronto con le misurazioni di stress-relaxation in configurazione di compressione confinata, per le quali si è sfruttato il modello analitico proposto da Mow e Lai. Mentre i risultati della prova diretta si sono dimostrati concordi con la letteratura, i valori di permeabilità ottenuti indirettamente dal modello analitico risultano essere di un ordine di grandezza superiore, a dimostrazione del fatto che questa seconda metodologia di prova presenta una sovrastima di questa misura. Sono state effettuate delle analisi biologiche sui campioni di cartilagine per analizzare il contenuto di glicosamminoglicani (GAG) e correlare questo dato con i valori di permeabilità e di HA del tessuto. Come da letteratura, si è riscontrata una moderata correlazione positiva tra GAG e HA e una correlazione negativa debole tra GAG e il valore di permeabilità della prova diretta. Invece, contrariamente a quanto ci si aspetterebbe, la correlazione tra GAG e permeabilità indiretta è risultata essere positiva, seppur debolmente. Infine, si è utilizzato un semplice modello in Comsol per stimare i parametri da inserire nelle impostazioni della prova diretta.