New polymeric materials for vascular surgery

The dramatic impact that vascular diseases have on human life quality and expectancy nowadays is the reason why both medical and scientific communities put great effort in discovering new and effective ways to fight vascular pathologies. Among the many different treatments, endovascular surgery is a minimally-invasive technique that makes use of X-ray fluoroscopy to obtain real-time images of the patient during interventions. In this context radiopaque biomaterials, i.e. materials able to absorb X-ray radiation, play a fundamental role as they are employed both to enhance visibility of devices during interventions and to protect medical staff and patients from X-ray radiations. Organic-inorganic hybrids are materials that combine characteristics of organic polymers with those of inorganic metal oxides. These materials can be synthesized via the sol-gel process and can be easily applied as thin coatings on different kinds of substrates. Good radiopacity of organic-inorganic hybrids has been recently reported suggesting that these materials might find applications in medical fields where X-ray absorption and visibility is required. The present PhD thesis aimed at developing and characterizing new radiopaque organic-inorganic hybrid materials that can find application in the vascular surgery field as coatings for the improvement of medical devices traceability as well as for the production of X-ray shielding objects and garments. Novel organic-inorganic hybrids based on different polyesters (poly-lactic acid and poly-ε-caprolactone) and polycarbonate (poly-trimethylene carbonate) as the polymeric phase and on titanium oxide as the inorganic phase were synthesized. Study of the phase interactions in these materials allowed to demonstrate that Class II hybrids (where covalent bonds exists between the two phases) can be obtained starting from any kind of polyester or polycarbonate, without the need of polymer pre-functionalization, thanks to the occurrence of transesterification reactions operated by inorganic molecules on ester and carbonate moieties. Polyester based hybrids were successfully coated via dip coating on different kinds of textiles. Coated textiles showed improved radiopacity with respect to the plain fabric while remaining soft to the touch. The hybrid was able to coat single fibers of the yarn rather than coating the yarn as a whole. Openings between yarns were maintained and therefore fabric breathability was preserved. Such coatings are promising for the production of light-weight garments for X-ray protection of medical staff during interventional fluoroscopy, which will help preventing pathologies that stem from chronic X-ray exposure. A means to increase the protection capacity of hybrid-coated fabrics was also investigated and implemented in this thesis. By synthesizing the hybrid in the presence of a suspension of radiopaque tantalum nanoparticles, PDMS-titania hybrid materials with tunable radiopacity were developed and were successfully applied as coatings. A solution for enhancing medical device radiopacity was also successfully investigated. High metal radiopacity was associated with good mechanical and protective properties of organic-inorganic hybrids in the form of a double-layer coating. Tantalum was employed as the constituent of the first layer deposited on sample substrates by means of a sputtering technique. The second layer was composed of a hybrid whose constituents are well-known biocompatible organic and inorganic components, such as the two polymers PCL and PDMS, and titanium oxide, respectively. The metallic layer conferred to the substrate good X-ray visibility. A correlation between radiopacity and coating thickness derived during this study allows to tailor radiopacity simply by controlling the metal layer sputtering deposition time. The applied metal deposition technique also permits easy shaping of the radiopaque layer, allowing production of radiopaque markers for medical devices that can be unambiguously identified by surgeons during implantation and in subsequent radiological investigations. Synthesized PCL-titania and PDMS-titania hybrids strongly adhered to substrates and show good biocompatibility as highlighted by cytotoxicity tests. The PDMS-titania hybrid coating was also characterized by high flexibility that allows it to stand large substrate deformations without detaching nor cracking, thus being suitable for application on flexible medical devices.

La responsabilità civile da prodotto farmaceutico

Il tema della ricerca ha riguardato preliminarmente la definizione di farmaco descritta nel d.lgs. n. 219 del 2006 (Codice dei farmaci per uso umano). Oltre al danno prodotto da farmaci, la ricerca ha approfondito anche la tutela ex ante ed ex post riguardante la produzione di dispositivi medici (Direttiva della Comunità Economica Europea n. 42 del 1993 e Direttiva della Comunità Economica Europea n. 374 del 1985). E’ stato necessario soffermarsi sull’analisi del concetto di precauzione per il quale nell’ambito di attività produttive, come quelle che cagionano inquinamento ambientale, o “pericolose per la salute umana” come quelle riguardanti la produzione di alimenti e farmaci, è necessario eliminare i rischi non conosciuti nella produzione di questi ultimi al fine di garantire una tutela completa della salute. L’analisi della Direttiva della Comunità Economica Europea n. 374 del 1985 nei suoi aspetti innovativi ha riguardato l’esame dei casi di danno da farmaco (Trib. Roma, 20 Giugno 2002, Trib. Roma 27 Giugno 1987, Trib. Milano 19 Novembre 1987, Cassazione Civile n. 6241 del 1987): profilo critico è quello riguardante la prova liberatoria, mentre l'art. 2050 prevede che «si debbano adottare tutte le misure necessarie per evitare il danno», l'art. 118, lett. e), c. cons.) prevede una serie di casi di esonero di responsabilità del produttore (tra cui il rischio di sviluppo). Dall'analisi emerge poi la necessità da parte del produttore di continuo utilizzo del duty to warn (Art. 117 del Codice del Consumo lett. A e B ): esso consiste nel dovere continuo di informazione del produttore tramite i suoi rappresentanti e il bugiardino presente nelle confezioni dei farmaci. Tale dovere è ancor più importante nel caso della farmacogenetica, infatti, al fine di evitare reazioni avverse nel bugiardino di alcuni farmaci verrà prescritta la necessità di effettuare un test genetico prima dell’assunzione.

Ricerca di nuove strategie differenziative: Analisi degli effetti di stimoli fisici e molecolari su cellule mesenchimali umane isolate da tessuto adiposo

Introduzione. Le cellule mesenchimali derivate dal tessuto adiposo (hASC) rappresentano un importante strumento per la terapia cellulare, in quanto derivano da un tessuto adulto abbondante e facilmente reperibile. Con il dispositivo medico Lipogems l’isolamento di tali cellule è eseguito esclusivamente mediante sollecitazioni meccaniche. Il prodotto ottenuto è quindi minimamente manipolato e subito utilizzabile. Ad oggi, il condizionamento pro-differenziativo delle staminali è per lo più attuato mediante molecole di sintesi. Tuttavia, altri fattori possono modulare la fisiologia cellulare, come gli stimoli fisici e molecole naturali. Onde elettromagnetiche hanno indotto in modelli cellulari staminali l’espressione di alcuni marcatori di differenziamento e, in cellule adulte, una riprogrammazione, mentre estratti embrionali di Zebrafish sono risultati antiproliferativi sia in vitro che in vivo. Metodi. La ricerca di nuove strategie differenziative sia di natura fisica che molecolare, nel particolare onde acustiche ed estratti embrionali di Zebrafish, è stata condotta utilizzando come modello cellulare le hASC isolate con Lipogems. Onde acustiche sono state somministrate mediante l’utilizzo di due apparati di trasduzione, un generatore di onde meccaniche e il Cell Exciter . I trattamenti con gli estratti embrionali sono stati effettuati utilizzando diverse concentrazioni e diversi tempi sperimentali. Gli effetti sull’espressione dei marcatori di staminalità e differenziamento relativi ai trattamenti sono stati saggiati in RT-PCR quantitativa relativa e/o in qPCR. Per i trattamenti di tipo molecolare è stata valutata anche la proliferazione. Risultati e conclusioni. La meta-analisi dei dati delle colture di controllo mostra la stabilità d’espressione genica del modello. I trattamenti con i suoni inducono variazioni dell’espressione genica, suggerendo un ruolo regolatorio di tali stimoli, in particolare del processo di commitment cardiovascolare. Due degli estratti embrionali di Zebrafish testati inibiscono la proliferazione alle 72 ore dalla somministrazione. L’analisi d’espressione associata ai trattamenti antiproliferativi suggerisce che tale effetto abbia basi molecolari simili ai processi di differenziamento.

The medical management after surgery for advanced heart failure

The aim of the Research of this Ph D Project is to improve the medical management after surgery for advanced heart failure, both after left ventricular assist devices (LVAD) implantation, and after heart transplantation in the long-term. Regarding heart transplantation (HTx), the Research Project is focused on diagnostics, classification, prevention and treatment of cardiac allograft vasculopathy (CAV), and on treatment of post-HTx cancers; the results are presented in the first part of this Thesis. In particular, the main aspect investigated are the prognostic role of information derived from coronary angiography, coronary tomography and intravascular ultrasound, and the different sensitivity of these techniques in predicting outcomes and in diagnosing CAV. Moreover, the role of mTOR inhibitors on CAV prevention or treatment is investigated, both alone and in combination with different anti-CMV prevention strategies, as well as the impact of mTOR inhibitors on clinical outcomes in the long term. Regarding LVAD, the main focus is on the role of transthoracic echocardiography in the management of patients with a continuous-flow, centrifugal, intrapericardial pump (HVAD, Heartware); this section is reported in the second part of this Thesis. The main aspects investigated are the use of echocardiography in patients with HVAD device and its interaction with the information derived from pump curves' analysis in predicting aortic valve opening status, a surrogate of the condition of support provided by the LVAD.