Obiettivo di questa Unità di ricerca è quello di sviluppare la ricostruzione numerica e modellistica di superfici matematiche tridimensionali (3D) del profilo macroscopico e dello scheletro stromale / vascolare (SSV) di visceri a struttura ghiandolare / parenchimale, a partire da loro immagini scintigrafiche, ecografiche e microtomografiche. Il modello scelto è quello della tiroide umana adulta, il cui profilo macroscopico e lo SSV sono più semplici di quelli di altri organi parenchimali ad elevata applicabilità clinica, come il fegato, le insule pancreatiche ed il polmone, e quindi più facilmente ricostruibili. Inoltre, recenti ricerche del gruppo cui questa Unità afferisce (si veda il modello A) hanno suggerito che la ricostruzione ex situ, ossia al di fuori del corpo vivente, di un viscere ghiandolare, come la tiroide umana adulta, potrebbe essere ottenuta con successo utilizzando una impalcatura biocompatibile riproducente fedelmente la sua morfologia macroscopica e microscopica, poichè tale geometria sarebbe in grado di indirizzare epigeneticamente crescita e differenziamento sia di cellule staminali tirodee che precursori endoteliali vasali [1, 2]. Infine, recentissimi studi di bioingegneria hanno mostrato che è possibile realizzare modelli fisici vasali biodegradabili, la cui morfologia ricalca fedelmente quella dei vasi umani [3], come pure ottenere supporti biocompatibili a struttura reticolare complessa [4, 5], quale quella dello scheletro connettivale che sorregge i vasi all’interno dei parenchimi solidi con organizzazione ghiandolare, come la tiroide. In tutti questi casi sono state utilizzate macchine di prototipazione rapida, che accettano formati di rappresentazione tridimensionale digitale dell’oggetto da ricostruire solo di tipo STL (sterolitografico o 'solid to layer'), in grado di approssimare le superfici a serie di triangoli tra loro connessi. Tuttavia, poichè le superfici che identificano la reticolazione di un supporto organomorfo riproducente lo SSV tiroideo sono molto complesse e tale complessità non è risolvibile con i programmi di ricostruzione 3D attualmente presenti sul mercato, è indispensabile sviluppare una modellazione matematica specifica. Sulla base dell’esperienza maturata nella ricostruzione numerico - computazionale della morfologia tiroidea [1, 2, 6], l’attività di ricerca di questa Unità sarà orientata alla creazione di modelli sia di tipo frattale che deterministico dello SSV nativo della tiroide umana adulta. Questi verranno costruiti a partire da informazioni reali, nella forma di dati grezzi e matrici numeriche di immagini bidimensionali sequenziali a) ultrasonografiche della vascolarizzazione tiroidea in vivo di volontari umani normali e b) microtomografiche di calchi in resina polivinilica dei vasi venosi ed arteriosi della tiroide umana cadaverica (si veda il progetto dell'Unità 1). I dati morfometrici utilizzati comprenderanno il numero di ramificazioni vasali, gli angoli di ramificazione ed il calibro vasale. Il risultato previsto sarà lo sviluppo di un software, composto da un nucleo elaborativo di funzioni matematiche e di visualizzazione, arricchito da una interfaccia grafica. L'output di tale software verrà esportato in formato stereolitografico, adatto per la prototipazione rapida, realizzata dall’Unità 3 (si veda il programma dettagliato). Riteniamo che lo sviluppo di tale modellazione matematico - computazionale sia una tappa irrinunciabile per costruire e provare la validità applicativa di un supporto organomorfo nella medicina rigenerativa ex situ dei visceri complessi a struttura ghiandolare / parenchimale.

Modellazione numerico - computazionale della morfologia parenchimale e vascolo / stromale della tiroide umana adulta: applicazioni per la prototipazione rapida di un supporto tridimensionale biocompatibile organomorfo

SPALETTA, GIULIA;
2008

Abstract

Obiettivo di questa Unità di ricerca è quello di sviluppare la ricostruzione numerica e modellistica di superfici matematiche tridimensionali (3D) del profilo macroscopico e dello scheletro stromale / vascolare (SSV) di visceri a struttura ghiandolare / parenchimale, a partire da loro immagini scintigrafiche, ecografiche e microtomografiche. Il modello scelto è quello della tiroide umana adulta, il cui profilo macroscopico e lo SSV sono più semplici di quelli di altri organi parenchimali ad elevata applicabilità clinica, come il fegato, le insule pancreatiche ed il polmone, e quindi più facilmente ricostruibili. Inoltre, recenti ricerche del gruppo cui questa Unità afferisce (si veda il modello A) hanno suggerito che la ricostruzione ex situ, ossia al di fuori del corpo vivente, di un viscere ghiandolare, come la tiroide umana adulta, potrebbe essere ottenuta con successo utilizzando una impalcatura biocompatibile riproducente fedelmente la sua morfologia macroscopica e microscopica, poichè tale geometria sarebbe in grado di indirizzare epigeneticamente crescita e differenziamento sia di cellule staminali tirodee che precursori endoteliali vasali [1, 2]. Infine, recentissimi studi di bioingegneria hanno mostrato che è possibile realizzare modelli fisici vasali biodegradabili, la cui morfologia ricalca fedelmente quella dei vasi umani [3], come pure ottenere supporti biocompatibili a struttura reticolare complessa [4, 5], quale quella dello scheletro connettivale che sorregge i vasi all’interno dei parenchimi solidi con organizzazione ghiandolare, come la tiroide. In tutti questi casi sono state utilizzate macchine di prototipazione rapida, che accettano formati di rappresentazione tridimensionale digitale dell’oggetto da ricostruire solo di tipo STL (sterolitografico o 'solid to layer'), in grado di approssimare le superfici a serie di triangoli tra loro connessi. Tuttavia, poichè le superfici che identificano la reticolazione di un supporto organomorfo riproducente lo SSV tiroideo sono molto complesse e tale complessità non è risolvibile con i programmi di ricostruzione 3D attualmente presenti sul mercato, è indispensabile sviluppare una modellazione matematica specifica. Sulla base dell’esperienza maturata nella ricostruzione numerico - computazionale della morfologia tiroidea [1, 2, 6], l’attività di ricerca di questa Unità sarà orientata alla creazione di modelli sia di tipo frattale che deterministico dello SSV nativo della tiroide umana adulta. Questi verranno costruiti a partire da informazioni reali, nella forma di dati grezzi e matrici numeriche di immagini bidimensionali sequenziali a) ultrasonografiche della vascolarizzazione tiroidea in vivo di volontari umani normali e b) microtomografiche di calchi in resina polivinilica dei vasi venosi ed arteriosi della tiroide umana cadaverica (si veda il progetto dell'Unità 1). I dati morfometrici utilizzati comprenderanno il numero di ramificazioni vasali, gli angoli di ramificazione ed il calibro vasale. Il risultato previsto sarà lo sviluppo di un software, composto da un nucleo elaborativo di funzioni matematiche e di visualizzazione, arricchito da una interfaccia grafica. L'output di tale software verrà esportato in formato stereolitografico, adatto per la prototipazione rapida, realizzata dall’Unità 3 (si veda il programma dettagliato). Riteniamo che lo sviluppo di tale modellazione matematico - computazionale sia una tappa irrinunciabile per costruire e provare la validità applicativa di un supporto organomorfo nella medicina rigenerativa ex situ dei visceri complessi a struttura ghiandolare / parenchimale.
G.Spaletta; responsabile scientifico di unita' di ricerca PRIN.
File in questo prodotto:
Eventuali allegati, non sono esposti

I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: http://hdl.handle.net/11585/101234
 Attenzione

Attenzione! I dati visualizzati non sono stati sottoposti a validazione da parte dell'ateneo

Citazioni
  • ???jsp.display-item.citation.pmc??? ND
  • Scopus ND
  • ???jsp.display-item.citation.isi??? ND
social impact