Homograft vascolari : sviluppo di un sistema per la decellularizzazione automatica di tessuti biologici

Cardiovascular diseases represent one of the leading causes of death in the world. The present solutions have not proved to be adequate: the autograft due to the lack of availability and mechanical problems, while the synthetic grafts can not substitute vessels with diameter less than 6 mm due to a fast lumen occlusion. A possible solution is represented by tissue engineering that allows to obtain in vitro vascular substitutes comparable to the physiological ones. In the last years, a new type of non immunogenic scaffolds, made with extracellular matrix obtained from the decellularization of biological tissues, are under experimentation. The decellularizations processes are currently made in a manual way, thus related with an high contamination risk and low reproducibility. This thesis aim to develop a system that can automate this operation. The device consists of a sterile decellularization chamber connected to an hydraulic circuit that enables the replacement of liquids in the chamber using a peristaltic pump. The device has an innovative mechanical conditioning method and a thermoregulation system that keeps the temperature in the chamber stable using a Peltier module and a temperature probe. A control circuit, made with a microcontroller and a programming code, allows to drive the filling and emptying pumps and the Peltier module. The device was evaluated by sterility tests, pumps calibrations and a bench test, with positive overcome, furthermore a full decellularization cycle was made using the device. The system has proven to be effective and reliable, with a complete automation of the process, the hydraulic circuit allowed the reagents replacement on the scheduled time points without leakages or stagnation of liquids; the thermoregulation circuit retained the chamber at the correct temperature set by the protocol.

Le patologie del sistema cardiocircolatorio rappresentano una delle principali cause di decesso a livello globale. Le soluzioni attuali non si sono dimostrate adeguate: gli autograft a causa della limitata disponibilità e problemi di tipo meccanico, i graft sintetici invece non possono sostituire vasi di diametro inferiore ai 6 mm a causa di una rapida occlusione del lume. Una possibile soluzione è rappresentata dall’ingegneria dei tessuti che permette di ottenere in vitro sostituti vascolari paragonabili ai fisiologici. Rispetto ai tradizionali scaffold di origine sintetica o biologica negli ultimi anni si stanno sperimentando nuovi tipi di scaffold non immunogenici, realizzati con matrice extracellulare ottenuta a partire dalla decellularizzazione di tessuti biologici. I processi di decellularizzazione sono attualmente effettuati in maniera manuale, con un elevato rischio di contaminazione e una scarsa riproducibilità sperimentale. Obiettivo di questo lavoro di tesi è sviluppare un sistema che automatizzi questa operazione. Il dispositivo è costituito da una camera di decellularizzazione sterile collegata a un circuito idraulico che, mediante due pompe peristaltiche, permette il ricambio dei liquidi all’interno della camera. Il sistema è dotato di un innovativo sistema di condizionamento meccanico e di un sistema di termoregolazione che mantiene stabile la temperatura all’interno della camera utilizzando un modulo Peltier e un sensore di temperatura. Un circuito di controllo realizzato con un microcontrollore e un opportuno codice di programmazione permette di pilotare le pompe di riempimento e svuotamento e il modulo Peltier. Il dispositivo è stato validato mediante prove di sterilità, calibrazione delle pompe, e una prova su banco dimostrandosi efficace, in seguito è stato effettuato un completo ciclo di decellularizzazione effettuato con il dispositivo. Il sistema nel complesso si è dimostrato efficace e affidabile, automatizzando completamente il processo, il circuito idraulico ha permesso il ricambio dei reagenti nei tempi stabiliti senza perdite o ristagno di liquidi; il circuito di termoregolazione ha mantenuto l’interno della camera alla temperatura corretta imposta dal protocollo.