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INGEGNERIA CHIMICA E BIOMEDICINA: INTERAZIONI
SINERGICHE PER OBIETTIVI COMUNI
MARIO GRASSI
DIP. ING. CHIMICA UNIV. DI TRIESTE
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INGEGNERIA CHIMICA BIOMEDICINA
INTERAZIONI
PROCESSO
FONDAMENTALE
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TECNOLOGIE BIOMEDICHE
TRASPORTO DI MASSA
TRASPORTO DI CALORE
TRASPORTO DI QUANTITA’ DI
MOTO
TERMODINAMICA EQUILIBRI
MODELING RILASCIO
REOLOGIA
PROPRIETA’ CHIMICO-FISICHE
FARMACI
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INGEGNERIA CHIMICA MODERNA
CHIMICA
Fine XVIII secGERMANIA;
USA; GRAN BRETAGNA
1903-1908NOYES e WALKER delineano il curriculum dell’ing. chimico
HORPE (1898 – Outlines of Industrial Chemistry)
NORTON (corso Ing. Chim. MIT)
FONDAZIONE AIChEDAVIS: Handbook of Chem. Eng. (operazione unitaria)
1920-1940TermodinamicaCinetica Chimica
1960TRANSPORT PHENOMENA
Operazione unitaria diventa obsoleta
BIRD, LIGHTFOOT, STEWART, AMUNDSON,
ARIS:
Bilanci di massa, energia, quantità di moto
1950
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1540
Pubblicazione postuma di PIROTECNICA (Biringuccio). I° esempio di trattato in Ing. Chimica
Napoli: Ia Scuola in Ingegneria1811
MONTECATINI (NH3)
SNIA (Fibre)1920
Produzione ferro (103 tons)GB: 8600USA: 4700D: 3400F: 2000ITALIA: 17
1880
SVILUPPO IN ITALIA
ALCHIMIAMedio Evo
0IMPERO
ROMANO:INGEGNERIA
MILITARE
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1950-1960
ENEL: nazionalizzazione energia elettricaEDISON:investe l’indennizzo nella chimica (BASF, BAYER)
1958AIDIC
Associazione Italiana di Ingegneria Chimica
GRICU
Gruppo Ricercatori Italiani di Ingegneria
Chimica dell’Università
1974
31 Gennaio:
L’Ing. Chimica si stacca ufficialmente dall’Ing. Industriale
1960TRANSPORT PHENOMENA
SITUAZIONE ATTUALE
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DIFFERENZIAZIONE DELL’ING. CHIMICA
RICERCATORI:BIRD, MERRILL,
GADEN, METZER
FINANZIATORI:National Institute of Health
National Science Foundation
ING. CHIMICA1960
ING. CHIMICABIOMEDICA
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ING. CHIMICA BIOMEDICA (1960-1980)
COLTON (EMODIALIZZATORI)
Cella di diffusione per la selezione delle membrane più adatte
C. K. Colton, et al., AIChE J. 17 (1971) 800
LIGHTFOOT (FLUSSO IN CONDOTTI ELASTICI)
Immagine MRI del flusso sanguineo nelle coronarie
K. S. Nayak et al., Magnetic Resonance in Medicine 43 (2000) 251
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ESEMPI DI ARGOMENTI TRATTATI
Soggetto Autore
Reologia del sangue Merrill (1959)
Rene artificiale Leonard (1959)
Emodialisi Colton (1966)
Biomembrane Michaels (1966)
Biomateriali non trombogenetici
Merrill (1967)
Lenti a contatto Peppas (1976)
Rilascio da matrici polimeriche
Langer (1976)
Idrogel intelligenti Peppas (1979)
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PUBBLICAZIONIAutore Titolo
D. Hershey, ed. Chemical Engineering in Medicine and Biology, Plenum Press, New York (1967)
R. C. Segrave Biomedical Applications of Heat and Mass Transfer, Iowa State University Press,
Ames (1971)
S. Middleman Transport Phenomena in the Cardiovascular System, Wiley, New York
(1972)
K. H. Keller Fluid Mechanics and Mass Transfer in Artificial Organs, ASAIO, Washington, DC
(1973)
E. N. Lightfoot Jr.
Transport Phenomena and Living Systems, Wiley, New York (1973)
D. O. Cooney Biomedical Engineering Principles, Dekker, New York (1976)
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MATERIALI BIOCOMPATIBILI
Aspetto macroscopico del tessuto intorno ad una membrana di Silicone (a) e di PEG – Silicone (b) dopo 17 giorni dall’impianto sottocutaneo (ratto)
L. Leoni et al., Advanced Drug Delivery Review, 56 (2004) 211
a
b
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Aspetto microscopico del tessuto. SILICONE: a) 10X, c) 20X, e) 50X. PEG – SILICONE: b) 10X, d) 20X, f) 50X
L. Leoni et al., Advanced Drug Delivery Review, 56 (2004) 211
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Rappresentazione schematica di un SRC autoregolantesi
S. Z. Razzacki et al., Advanced Drug Delivery Review, 56 (2004) 185
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INGEGNERIA TISSUTALE
CELLS (STEM)
CELLS + MEMBRANE CELLS + SCAFFOLD
R. Langer, AIChE J., 46(7) (2000) 1286
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SCAFFOLD
PELLECARTILAGINI TESSUTI NERVOSITESSUTI EPATICITESSUTI UROLOGICISTRUTTURE OSSEE
R. Langer, N. Peppas, AIChE J., 49 (2003) 2990
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MEMBRANE IMMUNOISOLANTI
RILASCIO DI INSULINA
L. Leoni et al., Advanced Drug Delivery Review, 56 (2004) 211
INSULINMICROFABRICATED
MEMBRANE55
8 m
ENCAPSULATED CELLS
IMMUNOGLOBULINSNa+, K+, Oxygen,
Glucose
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Strato Corneo
Derma
Epidermide
Soluto
Circolazione sanguinea
PERMEAZIONE: bilancio di massa
VALIDITA’ GENERALE DEI BILANCI DI MASSA, ENERGIA, Q. MOTO
H2O
Soluto
ASSORBIMENTO INTESTINALE: bilancio di massa e quantità di
moto
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BIOMEDICINA
II sec D.C.GALENO
Scuola di Medicina
V-IV sec A.C
IPPOCRATEScuola di Medicina
X sec D. C.
“PILLOLE” RIVESTITE in uso in EUROPA
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QUESTIONE CENTRALE
PRINCIPIO ATTIVO
SOMMINISTRAZIONE OTTIMALE
?
- MIGLIOR EFFETTO TERAPEUTICO
- DOSE MINIMA
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SISTEMI FARMACEUTICI
PRODUZIONE MATERIE PRIME
COMPETENZE IMPIANTISTICHE
SCELTA VIA DI SOMMINISTRAZIONE
COMPETENZE DI BASE legate al principio attivo (chimica-
fisica e p. terapeutiche )
ORALE
TRANSDERMALE
PARENTERALERETTALE
VAGINALEOCULARE
VIE AEREE IMPIANTABILE
SCELTA DEL SISTEMA DI RILASCIO PIU’ APPROPRIATO
COMPETENZE DI BASE legate alla progettazione del SR ed
alle sua performance
COMPRESSE SOLUZIONI
MICROEMULSIONI
CEROTTI
SUPPOSTE
GEL MEMBRANE
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REALIZZAZIONE DEL SISTEMA DI RILASCIO
COMPETENZE IMPIANTISTICHE E DI BASE
TEST IN VITRO(CINETICA DI RILASCIO)
COMPETENZE DI BASE
TEST IN VIVO(BIODISPONIBILITA’)
COMPETENZE DI BASE(assorbimento, farmacocinetica)
R. Langer, N. Peppas, AIChE J., 49 (2003) 2990 P. Chaturvedi, Curr. Op. in Chem. Biology 5 (2001) 452
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BIODISPONIBILITA’
“Frazione della dose di principio attivo che diviene disponibile al sito (fisiologico) di azione dopo somministrazione”