Strategia di modulazione delle proprietà meccaniche di pareti arteriose per la progettazione di test di angioplastica in vitro

In the last decades, more and more people have suffered from cardiovascular diseases. The number of deaths related to those pathologies, which mainly affect the heart and arteries, is constantly increasing, and they are the leading cause of death in developed countries. The main pathology that can affect the arteries is atherosclerosis, which consists in the narrowing of the arterial lumen because of the growth of fatty plaques on vessel walls. One of the arteries that may be affected by this pathology is the superficial femoral artery (SFA). Various procedures have been developed for the treatment of this pathology: the most established clinical techniques are, to date, bypass surgery and balloon angioplasty. The latter is a minimally invasive procedure, which consists in inserting a catheter with a balloon inside the circulatory system: once it reaches the site of stenosis, the balloon is expanded and it presses the atherosclerotic plaque on the vessel wall, in order to dilate the arterial lumen, restoring blood flow. As often happens with surgical techniques, the success rate is not always equal to 100%: restenosis occurs in many cases, due to an abnormal growth of tissue in the arterial lumen. To inhibit post-operative cell hyperproliferation, the use of a medicated balloon has been introduced: when dilated, it releases a drug with an antiproliferative action. However, drug transfer to the arterial walls is often incomplete, compromising the effectiveness of the clinical procedure. It is therefore necessary to continue studying the angioplasty procedure, to improve its effectiveness. In this thesis, the aim is to design an experimental set up for in vitro angioplasty tests, that reflects closely the in-vivo boundary conditions. To do this, we proceeded with the CAD modelling of a benchtop that will simulate the physiological environment inside the artery. In the second part of the current study, a strategy for modulating the mechanical properties of the arterial walls is researched: to simulate the typical conditions of arteries affected by atherosclerosis, which appear calcified and stiffened, a calcification treatment was performed on porcine arteries using solutions of calcifying salts.

Negli ultimi decenni sempre più persone hanno riscontrato problemi di tipo cardiovascolare. Il numero di decessi correlati a queste patologie, che colpiscono principalmente cuore e arterie, è in costante aumento, ed esse sono, ad oggi, la prima causa di morte nei paesi sviluppati. La principale patologia che può colpire le arterie è l’aterosclerosi, che consiste nel restringimento del lume arterioso a seguito della crescita di placche adipose sulle pareti del vaso. Quando la stenosi (ovvero l’occlusione del vaso) interessa le arterie di arti e capo, prende il nome di arteriopatia periferica. L’arteria maggiormente soggetta a tale patologia è l’arteria superficiale femorale (SFA). Sono state messe a punto diverse procedure per il trattamento di questa patologia: le tecniche cliniche più affermate sono, ad oggi, l’intervento di bypass e l’angioplastica con palloncino. Quest’ultima è una procedura mininvasiva, che consiste nell’inserimento di un catetere munito di palloncino all’interno del sistema circolatorio: una volta giunto nel sito di stenosi, il palloncino viene espanso, così da schiacciare sulla parete del vaso la placca aterosclerotica e dilatare il lume arterioso, ristabilendo il flusso sanguigno. Come spesso accade per le tecniche chirurgiche, non sempre il tasso di successo raggiunge il 100%: in molti casi si presenta ristenosi, dovuta ad una crescita abnorme di tessuto nel lume arterioso. Per inibire l’iperproliferazione cellulare post-operatoria è stato introdotto l’uso di palloncino medicato, che, dilatandosi, rilascia un farmaco ad azione antiproliferativa. Spesso però, il trasferimento del farmaco sulle pareti arteriose è incompleto, e questo compromette l’efficacia della procedura clinica. È necessario, dunque, continuare a studiare la procedura di angioplastica, così da migliorarne l’efficacia: ciò può essere realizzato attraverso la progettazione di test in vitro. In questa tesi si vuole progettare un set up sperimentale per test di angioplastica in vitro che rispecchi il più fedelmente possibile le condizioni al contorno in vivo. Per far ciò, si è proceduto con la modellazione, tramite software CAD, di un banco di prova che dovrà simulare l’ambiente fisiologico all’interno dell’arteria. Si è proseguito con lo studio sperimentale di una strategia di modulazione delle proprietà meccaniche delle pareti arteriose: per simulare le condizioni tipiche delle arterie affette da malattia arteriosa, che si presentano calcificate e irrigidite, è stato eseguito un trattamento di calcificazione su arterie suine tramite soluzioni di sali calcificanti.