Modellazione computazionale del trasferimento di massa in arterie coronarie in presenza di stent = Computational modelling of the mass transfer in idealized stented coronary arteries

Lo sviluppo di stent a rilascio di farmaco rappresenta una delle più grandi evoluzioni nel trattamento di patologie delle arterie coronarie. Questo dispositivo medico, nonostante la sua apparente semplicità, ha suscitato negli anni interesse da parte di medici, biologi, ingegneri e matematici. Gli stent hanno subito molte modifiche soprattutto nella scelta di materiali, design, proprietà meccaniche, in quanto l’obiettivo principale è ripristinare la perfusione sanguigna in seguito a restringimento del lume, perturbando il meno possibile il flusso vascolare fisiologico. L’idea innovativa di uno stent a rilascio di farmaco è stata sviluppata per minimizzare i rischi di iperplasia intimale e ridurre la necessità di rivascolarizzazione ripetuta. Dunque il successo di questa procedura è influenzato dalla capacità che ha il dispositivo di garantire adeguate condizioni fluidodinamiche, oltre che un corretto apporto di farmaco e ossigeno alle arterie. La customizzazione è una condizione necessaria: gli stent devono adattarsi perfettamente al paziente, all’anatomia delle sue arterie e alla fluidodinamica locale. Sebbene lo stenting sia una tecnica consolidata, possono presentarsi eventi avversi sia a breve che a lungo termine, come ad esempio la trombosi tardiva; molteplici studi hanno cercato delle correlazioni tra questi eventi e un’alterazione del flusso ematico. La Fluidodinamica Computazionale (CFD) è un metodo che utilizza l’analisi numerica per prevedere e indagare problemi fluidodinamici che difficilmente possono essere valutati in modo analitico o tramite tecniche sperimentali, senza ricorrere ad eccessive semplificazioni. Tramite suddetta analisi è possibile studiare la fluidodinamica in arterie stentate, grazie anche all’utilizzo di descrittori quali lo sforzo di taglio a parete (WSS). È inoltre possibile valutare il comportamento del farmaco una volta che questo viene rilasciato dallo stent, tramite equazioni che ne descrivono il rilascio e l’assorbimento da parte delle cellule della parete vascolare. Questo permette di effettuare studi sulla scelta del farmaco, la dose terapeutica appropriata che non comporti effetti indesiderati e i tempi di rilascio, al fine di garantire prestazioni post-impianto ottimali. Nel progetto di tesi si è voluto indagare la fluidodinamica e il trasporto di massa implementando le equazioni di avvezione-diffusione per il Paclitaxel, realizzando modelli idealizzati di arterie coronarie 2D e 3D tramite la piattaforma ANSYS. Dai principali risultati è stato evidenziato come l’assorbimento di farmaco da parte delle cellule della parete vascolare sia molto piccolo, trascurabile, rispetto al set di parametri impostati nelle simulazioni. È stata inoltre valutata la distribuzione degli sforzi di taglio a parete per trovare delle corrispondenze con il rilascio del farmaco e le zone di accumulo di quest’ultimo. Valori bassi di WSS si trovano in zone soggette a flusso disturbato, quindi in prossimità degli strut dello stent e delle sue curvature. Maggiori quantità di Paclitaxel sono state riscontrate proprio intorno alle maglie dello stent, dove sono presenti ricircoli di sangue e vorticosità, che corrispondono a zone in cui il WSS è basso e la velocità del sangue è quasi nulla. La ricerca di parametri fluidodinamici e lo studio del trasferimento di massa nelle arterie è in continuo sviluppo, con l’obiettivo di aiutare a comprendere i meccanismi che portano al fallimento degli stent e, di conseguenza, cercare di evitarlo.