Microfluidic Setup for Quantitative Assessment of Platelet Adhesion Under Precise Wall Shear Rates for Hemocompatibility Testing.

Le malattie cardiovascolari sono la principale causa di morte globale, con oltre 64 milioni di persone colpite da insufficienza cardiaca. Nei pazienti in fase avanzata, non rispondenti ai trattamenti, il trapianto cardiaco è l'unica opzione. I dispositivi di assistenza ventricolare, sviluppati come ponte al trapianto, vengono utilizzati anche come terapia definitiva, con tassi di sopravvivenza comparabili al trapianto. Tuttavia, questi dispositivi presentano complicazioni, legate alla formazione di trombi. Condizioni emodinamiche alterate causano emolisi, attivazione piastrinica e trombosi, rendendo necessarie terapie anticoagulanti a vita, che però aumentano il rischio di sanguinamento. Rivestimenti superficiali ed eparinizzazione subiscono danni meccanici e chimici, limitandone il successo clinico; quindi superfici microtesturizzate sono studiate per mitigare la trombosi. Esse possono inibire l’adesione piastrinica modificando la bagnabilità, imponendo vincoli geometrici e cambiando i gradienti di stress di taglio. Nel progetto OPTIFLOW 3D, in cui si inserisce questa tesi, sono state sviluppate e testate superfici con micropattern, dimostrando che riducono l’adesione piastrinica in condizioni di basso stress di taglio. Questa tesi contribuisce alla valutazione dell’adesione piastrinica in presenza di gradienti di stress di taglio simulanti condizioni in vivo, andando oltre gli attuali strumenti clinici. La microfluidica è stata scelta per studiare l'adesione piastrinica e ottimizzare le superfici dei dispositivi, poiché offre un controllo preciso del flusso e permettono di effettuare test ad alto rendimento con volumi ridotti. L’obiettivo di questa tesi è sviluppare un sistema microfluidico per testare l’adesione piastrinica sotto gradienti di velocità controllati, simulando la condizione di vene, arteriole e arterie. Il lavoro è stato suddiviso in due fasi: (i) progettazione e sviluppo di un sistema per esperimenti microfluidici con l’obiettivo di quantificare l’adesione piastrinica a tre gradienti di velocità (300 s⁻¹, 750 s⁻¹, 1500 s⁻¹); (ii) definizione di un protocollo sperimentale e di un metodo per analizzare le immagini ottenute e quantificare l’adesione piastrinica, implementando script MATLAB personalizzati per misurare l’area coperta dalle piastrine, la loro intensità di fluorescenza, e l’area media del trombo. Esperimenti microfluidici hanno mostrato che l’area coperta dalle piastrine aumentava maggiormente a bassi valori di gradiente di velocità: è stato osservato un incremento del 47,3% a 300 s⁻¹, del 44,8% a 750 s⁻¹ e solo del 24,9% a 1500 s⁻¹. Invece, l'intensità della fluorescenza delle piastrine, correlata all'area media del trombo, aumentava con il gradiente di velocità a parete, con un incremento del 57,6% a 300 s⁻¹, del 77,6% a 750 s⁻¹ e dell’85,9% a 1500 s⁻¹. Coerentemente con questi risultati, trombi di dimensioni maggiori si sono formati a 1500 s⁻¹, dove l'area media del trombo ha raggiunto 258 µm², rispetto agli 80 µm² osservati a 300 s⁻¹ e ai 159 µm² a 750 s⁻¹. Questi risultati caratterizzano l'adesione piastrinica in funzione del gradiente di velocità, validando la metodologia sviluppata. È stato dimostrato che integrare tecniche microfluidiche con un’analisi avanzata delle immagini consente di quantificare con precisione l’adesione piastrinica in condizioni controllate. Questo lavoro è fondamentale per testare l’emocompatibilità delle nuove superfici sviluppate nel progetto OPTIFLOW 3D, garantendone l’efficacia nella riduzione del rischio trombogenico.