Modellizzazione della diffusione di ossigeno in dispositivi bioartificiali per il trapianto di isole pancreatiche immunoisolate

Il lavoro prende spunto dalle ricerche sperimentali condotte nell’ambito degli studi sulla realizzazione di un dispositivo bioartificiale, che possa sostituire la funzionalità pancreatica una volta trapiantato in soggetti diabetici insulino-dipendenti. Questi dispositivi sono realizzati mediante l’utilizzo di un materiale immunoisolante che separi le isole dall’ambiente circostante al fine di evitare, un volta impiantato nell’organismo ricevente, l’attacco da parte del sistema immunitario. Questi materiali devono garantire gli scambi di sostanze fisiologicamente utilizzate e prodotte dall’isola, tra cui ossigeno, glucosio, insulina e prodotti metabolici, impedendo allo stesso tempo l’infiltrazione delle componenti cellulari e umorali dovuta alla risposta infiammatoria. Gli studi sperimentali hanno evidenziato una forte sofferenza delle isole immunoisolate, che nella maggioranza dei casi porta a necrosi totale delle cellule e al fallimento del dispositivo, in conseguenza dell’impianto nel paziente. Poiché l’immunoisolamento provoca la perdita della fitta rete vascolare capillare presente nell’organo intatto, si può ipotizzare che, in questi dispositivi, le isole abbiano innanzitutto seri problemi di ossigenazione. Le difficoltà riscontrate nella rilevazione di misure sperimentali della quantità di ossigeno presente all’interno delle isole hanno reso necessario elaborare una modellizzazione teorica dei fenomeni di trasporto per diffusione dell’ossigeno, al fine di comprendere come questi influiscano sull’esito dell’impianto, permettendo inoltre di comparare l’efficienza dei vari tipi di dispositivi utilizzati nella pratica sperimentale.
In seguito ad una breve trattazione riguardante la fisiopatologia pancreatica e le terapie utilizzate nella cura della patologia diabetica, si è rivolta l’attenzione alle caratteristiche che un dispositivo bioartificiale impiantabile deve possedere, facendo riferimento specifico agli effetti della carenza di ossigeno sul materiale biologico immunoisolato, particolarmente in relazione al rilascio di insulina, e ai risultati sperimentali ottenuti in letteratura.