Analisi sperimentale e computazionale dello stress accumulation cellulare in dispositivi microfluidici

This thesis work is in the field of drug delivery research, ie the controlled release of drugs inside an organism. Starting from previous works, a new device was designed to allow the incapsulation throught mecchanical stimulation of probative molecules within a specific cell type. The first phase of the project concerns the development of a series of chips which will subsequently be tested experimentally. The obtained results, in particular on a device made by 3D printing of PLA filament, allowed to continue the study creating a CFD model that simulate the behavior of a fluid inside the considered geometry. In a first analysis, only the continuous phase was considered, later a corpuscular phase was introduced in the simulations, with the aim of understanding the stress felt by the cells in the passage in the tested device. The results obtained from the computational model were processed and compared with those relating to the experimental phase and with those obtained from related studies conducted on other devices designed with the same goal.

Il presente lavoro di tesi si colloca nell’ambito di ricerca del drug delivery, ovvero del rilascio controllato di farmaco all’interno di un organismo. Partendo da lavori svolti precedentemente, si è progettato un nuovo dispositivo in grado di permettere l'incapsulamento, mediante sollecitazione meccanica, di molecole probanti all’interno di uno specifico tipo cellulare. La prima fase del progetto riguarda lo sviluppo di una serie di chip che saranno successivamente testati sperimentalmente. I risultati ottenuti, in particolare su un dispositivo realizzato tramite stampa 3D di un filamento di PLA, hanno permesso di proseguire lo studio realizzando un modello CFD che simulasse il comportamento di un fluido all’interno della geometria in esame. In una prima analisi è stata considerata unicamente la fase continua, in seguito è stata introdotta nelle simulazioni una fase corpuscolare, con lo scopo di comprendere la sollecitazione alle cellule nel passaggio nel dispositivo testato. I risultati ottenuti dal modello computazionale sono stati processati e confrontati con quelli relativi alla fase sperimentale e con quelli ottenuti da studi annessi condotti su altri device progettati con il medesimo obiettivo.