Paragone meccanico tra modello numerico e prova sperimentale di femori murini affetti da sindrome di Hutchinson-Gilford sottoposti a test flessionale a quattro punti

Hutchinson-Gilford syndrome is the most known and characterized among progeroid diseases, a series of rare genetic disorders whose effects are manifested in subjects from the first years of life, with premature aging and typical problems of old age. To date, it is a fatal pathology, often due to the onset of severe cardiovascular dysfunction, and for which there is no cure. In 2003 it was discovered to be due to a sporadic point mutation within the LMNA gene, following which it encodes an abnormal protein, Progerin, which inserts itself into the structure of the nucleus and disorganizes it, compromising the proper functioning of the cell itself. Inside laboratories it is customary to use progeric mouse models that, thanks to accelerated metabolism, allow to effectively study the impact over time of substances and treatments on the vascular and musculoskeletal system, as well as to quickly evaluate the consequences of aging in the subjects under analysis. The aim of this thesis project is to recreate a finite element model that can faithfully replicate the behavior of a mouse femur subjected to a four-point flexion test, whether it comes from a healthy or progeric subject. Having a numerical model valid for forecasting purposes allows, besides the reduction of the number of animals sacrificed in the experimental site with ethical and cost advantages, to study in more depth the mechanical response of the sample, analyzing the local distribution of variables of interest within the sample. For the creation of the model geometry, we referred to the set-up used in the flexional tests by the “Istituto Ortopedico Rizzoli di Bologna” (IOR), while for the mechanical characterization we used the results obtained from nanoindentation tests conducted in previous experimental campaigns.

La sindrome di Hutchinson-Gilford è la più conosciuta e caratterizzata tra le malattie progeroidi, una serie di rari disturbi genetici i cui effetti si manifestano nei soggetti fin dai primi anni di vita, con un invecchiamento precoce e problematiche tipiche dell’età avanzata. Ad oggi, si tratta di una patologia fatale, spesso dovuta all’insorgenza di gravi disfunzioni cardiovascolari, e per la quale non esistono cure. Nel 2003 si è scoperto essere causata da una sporadica mutazione punti- forme all’interno del gene LMNA, in seguito alla quale codifica per una proteina anomala, la Progerina, che inserendosi all’interno della struttura del nucleo lo disorganizza, compromettendo il corretto funzionamento della cellula stessa. In sede sperimentale si è soliti utilizzare modelli murini progerici che, grazie al metabolismo accelerato, permettono di studiare efficacemente gli effetti nel tempo di sostanze e trattamenti sul sistema vascolare e muscolo-scheletrico, oltre che a valutare rapidamente le conseguenze del- l’invecchiamento nei soggetti in analisi. Lo scopo di questo progetto di tesi è quello di ricreare un modello ad elementi finiti che possa replicare in modo fedele il comportamento di un femore murino sottoposto ad una prova di flessione a quattro punti, sia questo proveniente da un soggetto sano o affetto da progeria. Possedere un modello numerico valido per finalità previsionali, oltre a diminuire il numero di animali sacrificati in sede sperimentale con conseguenti vantaggi etici e di costi, permette di studiare in maniera più approfondita la risposta meccanica del campione, analizzando la distribuzione locale di variabili d’interesse al suo interno, come sforzi e deformazioni.